安捷伦相位噪声测量解决方案

安捷伦相位噪声测量解决方案最适合您的测试解决方案

选购指南

序言 (3)

a. 概览 (3)

b. 测量技术简要比较 (4)

主要的相位噪声测量技术 (5)

a. 直接频谱技术 (5)

b. 鉴相器技术 (6)

●参考信号源/PLL (7)

●鉴频器 (8)

●外差(数字) 鉴相器 (9)

c. 双通道交叉关联技术 (10)

安捷伦相位噪声测量解决方案 (11)

a. 基于直接频谱技术的解决方案 (11)

●用于X 系列信号分析仪的N9068A 相位噪声应用软件 (11)

●用于传统PSA 和ESA 频谱分析仪的

选件226 相位噪声测量专用软件 (11)

●主要技术指标与比较 (12)

b. 基于相位探测技术的解决方案 (13)

●E5505A 相位噪声测量系统 (13)

●主要技术指标和配置 (16)

c. 基于交叉关联技术的解决方案 (17)

●E5052A 信号源分析仪 (17)

●主要技术指标和配置 (19)

d. 安捷伦相位噪声测量解决方案比较 (20)

选择适合的相位噪声解决方案 (21)

其他资源 (22)

安捷伦已有40 年的射频设计和测量经验，多年来以丰富的测试与测量技术为基础，提供了广泛的相位噪声测量解决方案。面对众多的测试方案，如何寻找适合您的解决方案呢?

本文将帮助您根据特定测量需求选择最适合的解决方案。有关相位噪声的更多信息，请参见本文后面的其他资源部分。

相位噪声概览

相位噪声是衡量信号发生器件品质的最重要指标之一，在航空航天与国防以及通信领域的应用中起着重要的作用。

相位噪声是表征频率稳定性的基本概念。频率稳定性是指振荡源在规定的时间段内产生相同频率的一种度量。频率稳定性又分为长期稳定性和短期稳定性。

长期频率稳定性描述几小时、几天、几个月甚至几年内的频率变化特性。而短期频率稳定性指若干秒内额定载波频率的变化。本文主要介绍短期频率稳定性。

在量化相位噪声的众多技术指标中，最常用的测量指标是“单边带(SSB) 相位噪声”(f)。从数学角度来讲，美国国家标准与技术研究院(NIST) 将 (f) 定义为偏离载波频率处单位带宽内的单边带信号功率与载波信号总功率的比值。

测量技术简要比较

安捷伦开发了多种相位噪声测量技术，以满足不同的相位噪声测量需求。其中应用最广泛的三种技术是: 直接频谱法、鉴相法和双通道互相关法。直接频谱技术是在存在载波信号的同时测量相位噪声，其他两种技术则需要在移除载波(解调) 后进行相位噪声测量。

表1. 相位噪声(PN) 测量技术

简要比较直接频谱

N/W9068A 锁相环/互相关

E5052B

鉴相器

E5500A

主要特性:

设置和校准简单易操作●

快速检查锁相信号●

专用于相位噪声 (PN) 测试或多种用途多种用途多种用途相位噪声

可分离相位噪声与 AM 噪声●

测量漂移信号源, 例如 YIG 振荡器●

用于 VCO 测试的低噪声内置直流信号源●

投资预算低中高

被测件:

无漂移信号源●●●

锁相 VCO●●●

具有低 AM 噪声的信号源●●●SAW 振荡器●●DRO●●

PLL 合成器●●

发射机●●

晶体振荡器●

放大器●

转换器●

测量要求:

CW 载波的相位噪声●●●

脉冲载波的相位噪声●

偏置100 Hz 至 10 MHz 1 Hz 至 100 MHz0.01 Hz 至 100 MHz 点频率●

具有较高相位噪声的被测件●

远离载波偏置时极低的相位噪声●●

接近载波偏置时极低的相位噪声●

随时间变化的频率、相位和功率瞬变●

AM 噪声●

频谱监测●●

基带噪声●

绝对相位噪声●

●表明非常适合、推荐用于或适合该属性。空白表明完全不适用、不推荐或不适用。

主要的相位噪声测量技术

直接频谱技术

这是最简单最经典的相位测量技术。如图1 所示，将被测件(DUT) 的信号输入频谱仪/信号分析仪，将信号分析仪调谐到被测件频率，直接测量振荡器的功率谱密度 (f)。由于该方法对频谱密度的测量是在存在载波的情况下进行，因此频谱仪/信号分析仪的动态范围对测量范围有较大影响。

虽然不太适合测量非常靠近载波的相位噪声，但该方法可以非常方便地快速测定具有相对高噪声的信号源质量。测量在满足以下条件时有效:

●频谱仪/信号分析仪在相关偏置时的本身 SSB 相位噪声必须低于被测件噪声。

●由于频谱仪/信号分析仪测量总体噪声功率，不会区分调幅噪声与相位

噪声，被测件的调幅噪声必须远低于相位噪声(通常10 dB 即可)。

被测件(DUT)

图1. 直接频谱测量技术

鉴相器技术

如果需要分离相位噪声和调幅噪声，则需使用鉴相器法进行相位噪声的测量。图 2 描述了鉴相器技术的基础概念。鉴相器可将两个输入信号的相位差转换为鉴相器输出端的电压。相位差设置为 90° (正交) 时，电压输出为 0 V 。偏离正交的任何相位波动都将引发输出端的电压变化。

目前已根据鉴相器原理开发了多种测量方法。其中，参考信号源/PLL (锁相环) 和鉴频器方法应用最广泛，并将在本文进行讨论。

图 2. 鉴相器技术的基础概念

鉴相器

∆V out = K∆Φin

信号 2

信号 1

∆Φ