一體化SSA-X相位噪聲測量解決方案，

實現速度與精度的統一

相位噪聲測量用于確定本振、混頻器和放大器等射頻組件的短期頻率穩定性。雷達和數字通信系統的從業工程師，需要快速準確地測量相位噪聲，以加速產品的開發。

【相位噪聲】

相位噪聲表示振蕩源在特定時間段內產生相同頻率的程度。針對短期頻率穩定性，工程師測量的是信號頻率在秒級時間內的變化。

圖 1 中的振蕩器產生理想的純正弦波，不包含相位噪聲。

圖 1：理想振蕩器在頻域中顯示

現實中，振蕩器的相位噪聲會將信號功率擴展到相鄰頻率，如圖 2 中的紅線所示。

圖 2：振蕩器的信號能量隨噪聲邊帶而擴散

這些由熱噪聲、散粒噪聲和閃爍噪聲引起的噪聲能量邊帶基于載波對稱。

【測量相位噪聲】

單邊帶 (SSB) 相位噪聲 L(f) 是指載波特定偏移頻率處的功率密度與載波信號總功率的比率，如圖 3 所示。

圖 3：相位噪聲測量

相位噪聲測量采用相對于載波的偏移頻率 fm。由于噪聲能量邊帶對稱地出現在載波周圍，因此在單邊帶上進行測量足以獲得相位噪聲。在 1 Hz 測量帶寬中測量噪聲能量的功率譜密度結果以 dBc/Hz 為單位。

【絕對相位噪聲】

絕對相位噪聲是指由 1 端口器件（例如振蕩器）產生的相位噪聲，如圖 4 所示。絕對相位噪聲是諸如Keysight VXG等信號發生器的關鍵指標。

圖 4：SSA-X 信號源分析儀上的絕對相位噪聲測量設置

【殘余相位噪聲】

殘余相位噪聲（或加性噪聲）是指由多端口設備（如放大器）工作時添加到信號中的噪聲，如圖 5 所示。為了準確測量多端口設備的噪聲貢獻，殘余噪聲測量需要消除源噪聲。

圖 5：SSA-X 信號源分析儀上的殘余相位噪聲測量設置

【相位噪聲對于雷達系統的影響】

雷達檢測回波的頻移以確定目標的運動速度。圖 6 顯示了雷達系統框圖。

圖 6：雷達系統框圖

發射信號上的相位噪聲掩蓋了目標多普勒信號，如圖 7 所示。與靜止物體的雜波相比，移動目標信號的回波幅度很小。雖然濾波可以有效消除雜波，但它并未考慮隨機噪聲，從而導致錯過目標并降低準確性。

圖 7：多普勒信號被雜波所屏蔽

【相位噪聲對于數字通信系統的影響】

在數字通信系統中，數字發射機和接收機中的相位噪聲會導致誤碼率 (BER) 增加。圖8顯示了數字通信系統框圖。該系統中的相位噪聲會導致符號偏移、頻譜再生和信道干擾。

圖8：數字通信系統框圖

符號偏移會導致檢測錯誤。隨著信號功率的增加，I 和 Q 幅度增加，導致符號擴散到距原本點位更遠的地方。距離原本點位越遠的符號擴散得越多，如圖 9 中的綠色所示。

高階調制格式意味著更窄的符號決策邊界，如圖 9 中的黑色網格線所示。因此，符號偏移會增加高階調制格式的符號錯誤率和誤碼率。

圖9：由于決策邊界較窄，

較高的調制方案難以容忍相位噪聲引起的符號偏移

【相位噪聲分析儀】

相位噪聲分析儀的靈敏度是指儀器能夠準確測量的最低相位噪聲水平。工程師使用交叉頻譜平均（也稱為互相關）來消除儀器噪聲。這提高了測量的準確性，但也增加了測試時間。

初始靈敏度和儀器通過互相關來降低本底噪聲的速度決定了相位噪聲分析儀的質量。儀器的系統噪聲應低于被測設備（DUT）的噪聲。工程師通常要求10 dB以上的余量。

【相位噪聲測量挑戰】

精確的相位噪聲測量需要低噪聲源、復雜的測量設置、快速互相關方法以及在絕對和殘余相位噪聲測量設置之間切換的能力。通常，開發人員需要更多的分析方法，例如雜散搜索和瞬態分析，以實現完整的器件表征。

Keysight E505xA SSA-X 架構為相位噪聲測量提供了優異的速度和靈敏度。

SSA-X 信號源分析儀提供高達 54 GHz 的一體化相位噪聲測量解決方案。該綜合測量平臺不僅支持高靈敏度絕對和殘余相位噪聲分析，還支持多種測量應用，包括 VCO 表征、頻率瞬態分析和頻譜分析等，如圖10 所示。

圖 10：信號源分析儀提供多種測量來支持相位噪聲表征

SSA-X 使用 IQ 解調來測量相位噪聲。信號通過內部功率分配器、分離并下變頻至中頻 (IF)。具有低相位噪聲 LO 的相同測量接收機可實現互相關。IQ 解調器允許同時測量相位噪聲和 AM 噪聲，頻率高達 30 MHz；超過 30MHz 偏移后，儀器將測量相位噪聲 / AM 之和。

傳統上，相位噪聲測量使用相位檢波器測量方法從信號源中減去載波和噪聲，因此僅測量 DUT 的噪聲。SSA-X 架構使用數字信號處理來消除源信號和 LO 信號，從而提高了相位噪聲測量的速度和靈敏度，如圖 11 所示。

圖 11：SSA-X 信號源分析儀產品系列的絕對相位噪聲靈敏度

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