如何通过使用频谱分析仪测量信号源相位噪声

    为什么不能仅仅使用频谱分析仪行业在成像雷达，移动通信，卫星通信，天气监测等应用中，对频谱纯信号的需求不断增长。这需要对信号生成设备进行快速，准确和可再现的表征。需要专用的相位噪声和幅度噪声测量系统，其测量本底噪声通常优于-180 dBc / Hz。所需要的是用于测量晶体振荡器（VCXO，OCXO），SAW振荡器，合成器，锁相环和VCO（锁定或自由运行的高Q）的  相位噪声的仪器，以及放大器，混频器，分频器和乘法器。

    尽管可以使用频谱分析仪来产生一些特性，但是它对于区分幅度和相位噪声不是很有帮助。不仅无法分离振幅和相位噪声，而且频谱分析仪的动态范围和底噪也不足。频谱分析仪中内部本地振荡器的相位噪声过高，并且它们缺乏分辨率带宽。因此，需要一个专门的系统，该系统先进行解调然后分别分析幅度和相位噪声。

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    解决方案

    总部位于瑞士的Anapico生产了APPH系列自动信号源分析仪，其将幅度调制和相位调制测量分开，可以独立测量非常低的噪声水平（低于-180 dBc / Hz），并具有测量有源和无源附加噪声的能力组件。APPH分析仪可提供高达30GHz的测量能力，并具有完全集成的互相关系统，可响应  常见的相位，幅度和基带噪声测量问题，可提供高  和重现性，快速测量速度，高动态范围以及低系统本底噪声，同时仍可为实验室和生产环境提供可承受的价格。

    系统架构

    APPH系列的  引擎将低噪声模拟接收器通道与先进的数字信号处理技术结合在一起，可提供快速且可重复的噪声测量。专有的基于FPGA的FFT交叉分析仪实时处理125MSa / s，可在几秒钟内完成数千个相关性和-170dBc / Hz以下的测量。由LAN或USB控制的APPH系列可以使用PC，笔记本电脑或平板电脑作为控制器，因此无需集成显示器，从而可以  地降低产品成本，同时提高可靠性。

      校准

    将系统封装在紧凑的无风扇机箱中，可以进一步消除杂散信号以及接地和电源线环路。另一个非常重要的考虑因素是  校准。出厂前，每台仪器均根据可溯源的噪声标准进行了校准，以确保高  ，一致和可重复的结果。可选地，仪器可以提供校准标准品，以使用户可以随时进行现场性能验证。

    测量能力

    Anapico的APPH仪器支持的测量包括：使用内部或外部参考的相加或  相位噪声测量，幅度噪声测量以及其他用于评估RF信号源的自动测量。对于晶体振荡器，PLL合成器，时钟，锁相VCO，DRO等源，可以轻松进行SSB相位噪声，幅度噪声，AM噪声测量，加性或残留噪声表征以及高达30GHz的基带噪声测量。 。

    图2所示的相位噪声数据是从低噪声100 MHz OCXO参考中收集的数据。所显示的三个迹线分别是在  次关联之后（绿色，在12秒的测量时间之后），10个关联（蓝色，在120 s之后）和100个关联（红色，在20分钟之后）。十次相关或两分钟后，DUT的本底噪声达到-180 dBc / Hz。对于这种超低噪声测量，使用外部参考源可以获得更快的结果。使用内部基准电压源运行的系统的灵敏度取决于DUT的载波频率和频率偏移范围。

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    图3显示了使用内部信号源进行测量时APPH的典型灵敏度，假设测量时间约为24秒，偏移量为1Hz至10MHz。但是，APPH信号源分析仪还可以测量不同驱动条件下放大器的加性相位噪声，以及预分频器或混频器之类的频率转换设备的相位噪声。此外，还支持幅度噪声测量。

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    图4显示了从Anapico的一个信号发生器获得的4 GHz的幅度噪声，并显示了带有用户定义的标记和伪列表的迹线。APPH还可以直接访问FFT分析仪，从而可以对电源电压和控制电压进行噪声分析。具有扩展偏移范围的APPH6040以及APPH20G提供超过40 MHz的带宽和瞬态测量功能。

    图3：带有内部参考源（24秒后）的APPH的灵敏度。

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    结论

    APPH系列相位噪声测试仪提供了完整的测量功能，可评估各种射频信号源。它们提供了全面的测量功能，例如相位和幅度噪声测量，残余噪声表征，可直接访问FFT分析仪进行基带信号和LF噪声分析。使用经过验证的互相关测量程序和自校准例程，即使在变化的环境条件下也可以获得可重复且准确的测量结果。全自动的频率采集和自校准功能大大简化了仪器的使用和适用范围，从而实现了快速测量和易于操作。