測量信號源相位噪聲

為什么不能只使用頻譜分析儀 行業對成像雷達、移動通信、衛星通信、天氣監測等應用中的純頻譜信號的需求不斷增長。這需要對信號生成設備進行快速、準確和可重復的表征。需要專用的相位噪聲和幅度噪聲測量系統，其測量本底噪聲通常優于 -180 dBc/Hz。所需要的是測量晶體振蕩器（VCXO、OCXO）、SAW 振蕩器、合成器、鎖相環和 VCO（鎖定或自由運行高 Q）的相位噪聲以及附加相位噪聲的儀器。放大器、混頻器、分頻器和乘法器。
雖然頻譜分析儀可用于產生一些特征，但它對于區分幅度和相位噪聲沒有太大幫助。頻譜分析儀不僅無法分離幅度噪聲和相位噪聲，而且動態范圍和本底噪聲不足。頻譜分析儀內部本振的相位噪聲過高，且分辨率帶寬不足。因此，需要一個專用系統來解調然后分別分析幅度和相位噪聲。

解決方案
總部位于瑞士的 Anapico 生產了 APPH 系列自動信號源分析儀，該分析儀將幅度調制和相位調制測量分開，獨立測量極低噪聲水平（低于 -180 dBc/Hz），并能夠測量有源和無源的附加噪聲成分。APPH 分析儀提供高達 30GHz 的測量能力，具有完全集成的互相關系統，可響應相位、幅度和基帶噪聲測量的常見問題，提供高精度和再現性、快速測量速度、高動態范圍以及系統本底噪聲低，同時仍然適合實驗室和生產環境。
系統架構
APPH 系列的引擎將低噪聲模擬接收器通道與先進的數字信號處理技術相結合，提供快速且可重復的噪聲測量。基于 FPGA 的專有 FFTcross 分析儀可實時處理 125MSa/s，允許在幾秒鐘內進行數千次相關和低于 -170dBc/Hz 的測量。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，因此無需合并顯示器，從而限度地降低產品成本，同時提高可靠性。
校準
將系統封裝在緊湊的無風扇機箱中，進一步消除了雜散信號以及接地和電源線環路。另一個非常重要的考慮因素是校準。發貨前，每臺儀器都根據可追溯的噪聲標準進行校準，以保證高精度、一致和可重復的結果。另外，儀器還可以提供校準標準，以便用戶隨時進行現場性能驗證。
測量能力
Anapico 的 APPH 儀器支持的測量包括：使用內部或外部參考的附加或相位噪聲測量、幅度噪聲測量以及用于評估 RF 信號源的其他自動測量。可輕松對晶體振蕩器、PLL 合成器、時鐘、鎖相 VCO、DRO 等源進行 SSB 相位噪聲、幅度噪聲、AM 噪聲測量、附加或殘余噪聲表征以及高達 30GHz 的基帶噪聲測量。
圖 2 中所示的相位噪聲數據是從低噪聲 100 MHz OCXO 基準收集的數據。顯示的三個跡線分別是次相關（綠色，12 秒測量時間后）、10 次相關（藍色，120 秒后）和 100 次相關（紅色，20 分鐘后）之后的跡線。10 次相關或兩分鐘后，DUT 的本底噪聲就達到 -180 dBc/Hz。對于這種超低噪聲測量，使用外部參考源可以更快地獲得結果。使用內部參考運行的系統的靈敏度取決于 DUT 的載波頻率和頻率偏移范圍。

圖 3 顯示了使用內部源進行測量時 APPH 的典型靈敏度，假設測量時間約為 24 秒，偏移范圍為 1Hz 至 10MHz。然而，APPH 信號源分析儀還可以測量不同驅動條件下放大器的附加相位噪聲，以及預分頻器或混頻器等頻率轉換設備的相位噪聲。此外，還支持幅度噪聲測量。

圖 4 顯示了從 Anapico 信號發生器之一在 4 GHz 下獲得的幅度噪聲，顯示了帶有用戶定義標記和雜散列表的跡線。APPH 還提供對 FFT 分析儀的直接訪問，從而可以對電源和控制電壓進行噪聲分析。具有擴展偏移范圍的 APPH6040 以及 APPH20G 提供超過 40 MHz 的帶寬和瞬態測量功能。
圖 3：APPH 與內部參考源的靈敏度（24 秒后）。

結論
APPH 系列相位噪聲測試儀提供了完整的測量功能，可用于評估各種射頻信號源。它們提供全面的測量，例如相位和幅度噪聲測量、殘余噪聲表征，并可直接訪問 FFT 分析儀進行基帶信號和 LF 噪聲分析。使用經過驗證的互相關測量程序和自校準例程，即使在不斷變化的環境條件下也可以獲得可重復且準確的測量結果。全自動頻率采集和自校準極大地簡化了儀器的使用和適用性，從而實現快速測量和易于操作。