作者：rohde & schwarz 公司頻譜儀產(chǎn)品經(jīng)理 wolfgang wendler博士

    引言

    無線傳輸?shù)氖瞻l(fā)模塊的性能主要取決于所用本振的相位噪聲，因此模塊特性的準(zhǔn)確測(cè)量，特別是相位噪聲的測(cè)量，是進(jìn)行有效通信和廣播的基本保證。在常用的相位測(cè)量應(yīng)用中，一臺(tái)頻譜分析儀通�？梢詽M足測(cè)試要求。但是，如果需要更大的動(dòng)態(tài)范圍、更高的測(cè)量精度以及更多的靈活性時(shí)，基于鎖相環(huán)(pll)的測(cè)量法更適合相位噪聲的測(cè)量。信號(hào)源分析儀fsup在一臺(tái)儀表上集合了這兩種功能：一臺(tái)50ghz的高性能頻譜分析儀fsu，同時(shí)具備基于鎖相環(huán)測(cè)量法的相位噪聲測(cè)量功能。

    基于鎖相環(huán)法測(cè)量相位噪聲

    通常，基于鎖相環(huán)法測(cè)量相位噪聲非常復(fù)雜，而測(cè)量的校準(zhǔn)工作更為麻煩。fsup為客戶大大地簡(jiǎn)化了整個(gè)測(cè)量步驟，使得相位噪聲的測(cè)量只需一個(gè)按鍵。此外，用戶可以選擇外部或內(nèi)部參考源，也可以選擇任一種參考源和比較器。然而，更多的應(yīng)用是利用內(nèi)部比較器和內(nèi)部參考源進(jìn)行測(cè)量， fsup將這樣的測(cè)量方式設(shè)置為默認(rèn)方式，當(dāng)然用戶也可通過簡(jiǎn)易的菜單選擇其它測(cè)量方式。

    圖1 利用鑒相器法測(cè)量相位噪聲－信號(hào)頻率、電平以及殘余噪聲的同時(shí)顯示

    儀器中的預(yù)測(cè)量功能會(huì)測(cè)量振蕩器的所有重要參數(shù)，比如功率和調(diào)諧斜率等。然后fsup將自動(dòng)選擇理想的測(cè)量參數(shù)。根據(jù)輸入頻率的不同，儀器利用內(nèi)部的頻率倍頻器使內(nèi)部參考源工作在一個(gè)理想的范圍內(nèi)。同時(shí)，用戶也可以改變預(yù)置的參數(shù)。頻率偏移范圍以及其它一些測(cè)量設(shè)置參數(shù)，像帶寬、濾波器類型、平均次數(shù)等同樣容易設(shè)置。菜單的設(shè)置跟應(yīng)用固件fs-k40相類似，從而使得操作非常簡(jiǎn)單。

    當(dāng)開始測(cè)量相位噪聲時(shí)，屏幕上會(huì)顯示“l(fā)ocked”或者“unlocked”表明鎖相環(huán)是否鎖定，如果已經(jīng)鎖定則測(cè)量可以開始。環(huán)路帶寬可以根據(jù)需要而改變，同時(shí)在測(cè)量過程中鑒相器的電壓輸出會(huì)在屏幕上顯示。用戶可以選擇以下其一功能：顯示所有的雜散分量(像由ac頻率干擾或鑒相頻率引起的雜散)或者是消除所有的或特定指明的干擾分量。同時(shí)，fsup也可以顯示完整的參數(shù)(像殘余調(diào)頻/調(diào)相或者是rms抖動(dòng)等)。計(jì)算范圍包括整個(gè)測(cè)試范圍內(nèi)，而綜合限制可以由用戶來設(shè)置。

    為了保證能準(zhǔn)確測(cè)量振蕩器的相位噪聲，內(nèi)部參考源的相位噪聲相對(duì)于被測(cè)件來說必須要小到可以忽略的程度。fsup內(nèi)部參考源提供極好的相位噪聲特性以滿足測(cè)試需求。輸出頻率為640mhz，偏離載波10khz時(shí)相位噪聲為-136dbc/hz，偏離載波10mhz時(shí)為-165dbc/hz。

    圖2：內(nèi)部源相對(duì)于不同輸入頻率的相位噪聲

    利用互相關(guān)技術(shù)降低相位噪聲

    安裝fsup－b60選件后，信號(hào)源分析儀就配備了兩路平衡接收通道。這種對(duì)稱結(jié)構(gòu)可以對(duì)兩路通道進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，通過這樣的運(yùn)算可以消除兩路參考源的非相關(guān)固有噪聲。混合的分量可以通過平均來消除，最終剩下的只有被測(cè)件的固有噪聲，這使靈敏度不再局限于內(nèi)部參考源的固有相位噪聲。測(cè)量的改善程度主要決定于平均的次數(shù)，而最大可以改善達(dá)20db。

    圖3 互相關(guān)技術(shù)提高相位測(cè)量的靈敏度的原理

    頂級(jí)的頻譜分析儀功能

    信號(hào)源分析儀fsup整合了一臺(tái)50ghz高性能頻譜分析儀。用戶可利用頻譜儀直接測(cè)量相位噪聲，這種測(cè)試方法的靈敏度決定于頻譜邊帶的功率譜密度。缺點(diǎn)是顯而易見的：需要更長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間、靈敏度較低、測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍較��；在頻譜儀模式下無法應(yīng)用互相關(guān)技術(shù)，也不能區(qū)分幅度噪聲和相位噪聲，雜散的計(jì)算或消除也更為復(fù)雜。然而，其優(yōu)點(diǎn)也很明顯，可以獲得很大的測(cè)量頻率偏移。因此，