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如何通過(guò)使用頻譜分析儀測(cè)量信號(hào)源相位噪聲?

發(fā)布時(shí)間:2021-05-17 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】為什么不能僅僅使用頻譜分析儀行業(yè)在成像雷達(dá),移動(dòng)通信,衛(wèi)星通信,天氣監(jiān)測(cè)等應(yīng)用中,對(duì)頻譜純信號(hào)的需求不斷增長(zhǎng)。這需要對(duì)信號(hào)生成設(shè)備進(jìn)行快速,準(zhǔn)確和可再現(xiàn)的表征。需要專用的相位噪聲和幅度噪聲測(cè)量系統(tǒng),其測(cè)量本底噪聲通常優(yōu)于-180 dBc / Hz。

為什么不能僅僅使用頻譜分析儀行業(yè)在成像雷達(dá),移動(dòng)通信,衛(wèi)星通信,天氣監(jiān)測(cè)等應(yīng)用中,對(duì)頻譜純信號(hào)的需求不斷增長(zhǎng)。這需要對(duì)信號(hào)生成設(shè)備進(jìn)行快速,準(zhǔn)確和可再現(xiàn)的表征。需要專用的相位噪聲和幅度噪聲測(cè)量系統(tǒng),其測(cè)量本底噪聲通常優(yōu)于-180 dBc / Hz。所需要的是用于測(cè)量晶體振蕩器(VCXO,OCXO),SAW振蕩器,合成器,鎖相環(huán)和VCO(鎖定或自由運(yùn)行的高Q)的  相位噪聲的儀器,以及放大器,混頻器,分頻器和乘法器。
 
盡管可以使用頻譜分析儀來(lái)產(chǎn)生一些特性,但是它對(duì)于區(qū)分幅度和相位噪聲不是很有幫助。不僅無(wú)法分離振幅和相位噪聲,而且頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍和底噪也不足。頻譜分析儀中內(nèi)部本地振蕩器的相位噪聲過(guò)高,并且它們?nèi)狈Ψ直媛蕩?。因此,需要一個(gè)專門的系統(tǒng),該系統(tǒng)先進(jìn)行解調(diào)然后分別分析幅度和相位噪聲。
 
 如何通過(guò)使用頻譜分析儀測(cè)量信號(hào)源相位噪聲?
 
測(cè)量信號(hào)源相位噪聲1
 
解決方案
 
總部位于瑞士的Anapico生產(chǎn)了APPH系列自動(dòng)信號(hào)源分析儀,其將幅度調(diào)制和相位調(diào)制測(cè)量分開(kāi),可以獨(dú)立測(cè)量非常低的噪聲水平(低于-180 dBc / Hz),并具有測(cè)量有源和無(wú)源附加噪聲的能力組件。APPH分析儀可提供高達(dá)30GHz的測(cè)量能力,并具有完全集成的互相關(guān)系統(tǒng),可響應(yīng)  常見(jiàn)的相位,幅度和基帶噪聲測(cè)量問(wèn)題,可提供高  和重現(xiàn)性,快速測(cè)量速度,高動(dòng)態(tài)范圍以及低系統(tǒng)本底噪聲,同時(shí)仍可為實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)環(huán)境提供可承受的價(jià)格。
 
系統(tǒng)架構(gòu)
 
APPH系列的  引擎將低噪聲模擬接收器通道與先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)結(jié)合在一起,可提供快速且可重復(fù)的噪聲測(cè)量。專有的基于FPGA的FFT交叉分析儀實(shí)時(shí)處理125MSa / s,可在幾秒鐘內(nèi)完成數(shù)千個(gè)相關(guān)性和-170dBc / Hz以下的測(cè)量。由LAN或USB控制的APPH系列可以使用PC,筆記本電腦或平板電腦作為控制器,因此無(wú)需集成顯示器,從而可以  地降低產(chǎn)品成本,同時(shí)提高可靠性。
 
校準(zhǔn)
 
將系統(tǒng)封裝在緊湊的無(wú)風(fēng)扇機(jī)箱中,可以進(jìn)一步消除雜散信號(hào)以及接地和電源線環(huán)路。另一個(gè)非常重要的考慮因素是  校準(zhǔn)。出廠前,每臺(tái)儀器均根據(jù)可溯源的噪聲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了校準(zhǔn),以確保高  ,一致和可重復(fù)的結(jié)果。可選地,儀器可以提供校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)品,以使用戶可以隨時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)性能驗(yàn)證。
 
測(cè)量能力
 
Anapico的APPH儀器支持的測(cè)量包括:使用內(nèi)部或外部參考的相加或  相位噪聲測(cè)量,幅度噪聲測(cè)量以及其他用于評(píng)估RF信號(hào)源的自動(dòng)測(cè)量。對(duì)于晶體振蕩器,PLL合成器,時(shí)鐘,鎖相VCO,DRO等源,可以輕松進(jìn)行SSB相位噪聲,幅度噪聲,AM噪聲測(cè)量,加性或殘留噪聲表征以及高達(dá)30GHz的基帶噪聲測(cè)量。 。
 
圖2所示的相位噪聲數(shù)據(jù)是從低噪聲100 MHz OCXO參考中收集的數(shù)據(jù)。所顯示的三個(gè)跡線分別是在  次關(guān)聯(lián)之后(綠色,在12秒的測(cè)量時(shí)間之后),10個(gè)關(guān)聯(lián)(藍(lán)色,在120 s之后)和100個(gè)關(guān)聯(lián)(紅色,在20分鐘之后)。十次相關(guān)或兩分鐘后,DUT的本底噪聲達(dá)到-180 dBc / Hz。對(duì)于這種超低噪聲測(cè)量,使用外部參考源可以獲得更快的結(jié)果。使用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源運(yùn)行的系統(tǒng)的靈敏度取決于DUT的載波頻率和頻率偏移范圍。
 
如何通過(guò)使用頻譜分析儀測(cè)量信號(hào)源相位噪聲?
 
測(cè)量信號(hào)源相位噪聲2
 
圖3顯示了使用內(nèi)部信號(hào)源進(jìn)行測(cè)量時(shí)APPH的典型靈敏度,假設(shè)測(cè)量時(shí)間約為24秒,偏移量為1Hz至10MHz。但是,APPH信號(hào)源分析儀還可以測(cè)量不同驅(qū)動(dòng)條件下放大器的加性相位噪聲,以及預(yù)分頻器或混頻器之類的頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備的相位噪聲。此外,還支持幅度噪聲測(cè)量。
 
如何通過(guò)使用頻譜分析儀測(cè)量信號(hào)源相位噪聲?
 
測(cè)量信號(hào)源相位噪聲3
 
圖4顯示了從Anapico的一個(gè)信號(hào)發(fā)生器獲得的4 GHz的幅度噪聲,并顯示了帶有用戶定義的標(biāo)記和偽列表的跡線。APPH還可以直接訪問(wèn)FFT分析儀,從而可以對(duì)電源電壓和控制電壓進(jìn)行噪聲分析。具有擴(kuò)展偏移范圍的APPH6040以及APPH20G提供超過(guò)40 MHz的帶寬和瞬態(tài)測(cè)量功能。
 
圖3:帶有內(nèi)部參考源(24秒后)的APPH的靈敏度。
 
如何通過(guò)使用頻譜分析儀測(cè)量信號(hào)源相位噪聲?
 
測(cè)量信號(hào)源相位噪聲4
 
結(jié)論
 
APPH系列相位噪聲測(cè)試儀提供了完整的測(cè)量功能,可評(píng)估各種射頻信號(hào)源。它們提供了全面的測(cè)量功能,例如相位和幅度噪聲測(cè)量,殘余噪聲表征,可直接訪問(wèn)FFT分析儀進(jìn)行基帶信號(hào)和LF噪聲分析。使用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的互相關(guān)測(cè)量程序和自校準(zhǔn)例程,即使在變化的環(huán)境條件下也可以獲得可重復(fù)且準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。全自動(dòng)的頻率采集和自校準(zhǔn)功能大大簡(jiǎn)化了儀器的使用和適用范圍,從而實(shí)現(xiàn)了快速測(cè)量和易于操作。
 
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