【導(dǎo)讀】為什么不能只使用頻譜分析儀 行業(yè)對成像雷達(dá)、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、天氣監(jiān)測等應(yīng)用中的純頻譜信號的需求不斷增長。這需要對信號生成設(shè)備進(jìn)行快速、準(zhǔn)確和可重復(fù)的表征。需要專用的相位噪聲和幅度噪聲測量系統(tǒng),其測量本底噪聲通常優(yōu)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(huán)和 VCO(鎖定或自由運(yùn)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。
為什么不能只使用頻譜分析儀 行業(yè)對成像雷達(dá)、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、天氣監(jiān)測等應(yīng)用中的純頻譜信號的需求不斷增長。這需要對信號生成設(shè)備進(jìn)行快速、準(zhǔn)確和可重復(fù)的表征。需要專用的相位噪聲和幅度噪聲測量系統(tǒng),其測量本底噪聲通常優(yōu)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(huán)和 VCO(鎖定或自由運(yùn)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(chǎn)生一些特征,但它對于區(qū)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(dòng)態(tài)范圍和本底噪聲不足。頻譜分析儀內(nèi)部本振的相位噪聲過高,且分辨率帶寬不足。因此,需要一個(gè)專用系統(tǒng)來解調(diào)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(chǎn)了 APPH 系列自動(dòng)信號源分析儀,該分析儀將幅度調(diào)制和相位調(diào)制測量分開,獨(dú)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(dá) 30GHz 的測量能力,具有完全集成的互相關(guān)系統(tǒng),可響應(yīng)相位、幅度和基帶噪聲測量的常見問題,提供高精度和再現(xiàn)性、快速測量速度、高動(dòng)態(tài)范圍以及系統(tǒng)本底噪聲低,同時(shí)仍然適合實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)環(huán)境。
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)字信號處理技術(shù)相結(jié)合,提供快速且可重復(fù)的噪聲測量?;?FPGA 的專有 FFTcross 分析儀可實(shí)時(shí)處理 125MSa/s,允許在幾秒鐘內(nèi)進(jìn)行數(shù)千次相關(guān)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(chǎn)品成本,同時(shí)提高可靠性。
校準(zhǔn)
將系統(tǒng)封裝在緊湊的無風(fēng)扇機(jī)箱中,進(jìn)一步消除了雜散信號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)。發(fā)貨前,每臺儀器都根據(jù)可追溯的噪聲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn),以保證高精度、一致和可重復(fù)的結(jié)果。另外,儀器還可以提供校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn),以便用戶隨時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場性能驗(yàn)證。
測量能力
Anapico 的 APPH 儀器支持的測量包括:使用內(nèi)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(dòng)測量??奢p松對晶體振蕩器、PLL 合成器、時(shí)鐘、鎖相 VCO、DRO 等源進(jìn)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(dá) 30GHz 的基帶噪聲測量。
圖 2 中所示的相位噪聲數(shù)據(jù)是從低噪聲 100 MHz OCXO 基準(zhǔn)收集的數(shù)據(jù)。顯示的三個(gè)跡線分別是次相關(guān)(綠色,12 秒測量時(shí)間后)、10 次相關(guān)(藍(lán)色,120 秒后)和 100 次相關(guān)(紅色,20 分鐘后)之后的跡線。10 次相關(guān)或兩分鐘后,DUT 的本底噪聲就達(dá)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(jié)果。使用內(nèi)部參考運(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。
圖 3 顯示了使用內(nèi)部源進(jìn)行測量時(shí) APPH 的典型靈敏度,假設(shè)測量時(shí)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(qū)動(dòng)條件下放大器的附加相位噪聲,以及預(yù)分頻器或混頻器等頻率轉(zhuǎn)換設(shè)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(fā)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(biāo)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(jìn)行噪聲分析。具有擴(kuò)展偏移范圍的 APPH6040 以及 APPH20G 提供超過 40 MHz 的帶寬和瞬態(tài)測量功能。
圖 3:APPH 與內(nèi)部參考源的靈敏度(24 秒后)。
結(jié)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(jìn)行基帶信號和 LF 噪聲分析。使用經(jīng)過驗(yàn)證的互相關(guān)測量程序和自校準(zhǔn)例程,即使在不斷變化的環(huán)境條件下也可以獲得可重復(fù)且準(zhǔn)確的測量結(jié)果。全自動(dòng)頻率采集和自校準(zhǔn)極大地簡化了儀器的使用和適用性,從而實(shí)現(xiàn)快速測量和易于操作。
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