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频谱分析仪测量相位噪声研究

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应用频谱分析仪测量相位噪声

应用频谱分析仪测量相位噪声

） 定义为 ： 偏离载波一定频率 （ ） 处， 在１ Ｈ ｚ
带宽 内的相位调制边带功率 （ Ｐ Ｓ Ｓ Ｂ ） 与总的载波信 号功率（ Ｐ Ｃ ） 的 比值 ：
３ 用频谱分析仪测量相位噪声
３ ． １ 频谱 分 析仪
￡ ） ＝ 竖 查麈
Ｐ （ １ ｎ ｚ ）
Ｐｃ
些
频谱分析仪一般采用超外差式 的实现模式如图 ２ 所示 ， 射频输 入信号 （ 载波 ） Ｆ ｉ ｎ进入频谱 分析仪 后， 经过对镜像起抑制作用 的低通滤波器后 与高纯 度的合成本振 Ｆ Ｌ Ｏ进行混频 ， 得到适合进行处理的 中频信号 Ｆ Ｉ Ｆ ， 中频信号经过增益调理 、 分辨率带宽 滤波、 包络检波 和视频滤波输出， 经取样后进入模数
较繁琐 ， 因而难 以满足用户对信 号相位噪声实 现方 便、 快捷地测量的要求 。
另一方面 ， 频谱分析仪作 为对频域信号进行 分 析和处理的专业测量仪器 ， 随着低相噪频率合成 以 及低噪声信号通道 等相关技术 的快速发展 ， 其本底 相位噪声 和动态范 围、 分辨力、 灵敏度等方面的性能 得到不断的改善 ， 已经能够满足绝 大部分情况下 用 户对相位噪声的测 试要求 ， 且测 试过程也越来越 方 便。
号源内部的随机噪声会对信号产生寄生调制而引起 幅 度和相 位 的瞬时 起伏 ：
ｔ ， （ ｔ ） ＝［ ＋ ０ （ ｔ ） ］ ｓ ｉ ｎ Ｅ ２ ｃ ｒ ｆ ｏ ｔ ＋ （ ｆ ） ］ 式中： 口 （ ｔ ） ——瞬时幅度起伏 ，
（ ｔ ） ——瞬时相位起伏 。 对于通常的系统 ， 由于混频器 之类的限幅器件
（ ｔ ）＝Ｖ ｏ ｓ ｉ ｎ ２ ｃ ｒ ｆ ｏ ｔ
图 １ 在 频域 中相 位噪声表现为载波两侧的噪声边带

频谱分析仪应用解惑之噪声

频谱分析仪应用解惑之噪声

图 2 热噪声的幅度遵循高斯分布 在频域上看，热噪声理论上在所有频带都会存在，且功率谱密度为均匀分布，是功率为时间不相关的 常数，称之为白噪声，如图 3 所示。实际情况下通常是带宽有限的，不考虑带外的话在应用的整个频带内 为常数，同样称之为白噪声。
图 3 热噪声的功率谱是常数 所以热噪声是高斯白噪声。——请不要将高斯和白噪声这两点混淆。 细心的同学可能会问，为什么频谱分析仪的 DANL 是个随频率向上斜的？噪声的频谱不是不随频率变 化吗？ 热噪声的频谱是均匀分布的常数，但是频谱分析仪内部的器件对于信号的频率响应是变化的，所以 DANL 在大范围内不可能是一个水平的常数。 既然热噪声存在于频谱分析仪内部所有的器件中，那么输入端口的热噪声最终穿越重重险阻显示出来， 沿途要受到多大的影响？ 答案是基本只受到第一增益级及其之前器件的影响。 频谱分析仪内部的第一个增益级（一般是混频后的第一级放大器，或前置放大器）将仪器输入口的热 噪声连同此增益级内部的一部分热噪声加在一起进行了放大， 放大后的这两部分噪声信号到达后级链路时， 输入口的热噪声已经变成了信噪比很高的功率信号，相对于后级链路中的噪声此时的信噪比已经足够大， 因此后级链路中的热噪声的影响会变小。 可以得出结论，第一增益级的放大倍数越多，增益级本身的热噪声被同时放大的比例越小，频谱分析
仪后级链路就对输入热噪声影响的越小，则 DANL 就会越接近输入端的热噪声。如图 4 所示一个噪声级联 网络，第一增益级对整个系统的噪声水平影响最大。同样，若是链路中存在衰减器，则热噪声无法被衰减， 仍然保持原有电平，这时后级链路的噪声就会对其产生显著的影响。专业同学会看出，本段是在解释噪声 系数（NF，Noise Factor） 。
图 9 DANL 在三不同平均方式下的测量功率 以上我们介绍了频谱分析仪 DANL 的影响因素以及提高灵敏度的几种方法，所谓有无相生，提高灵敏 度的代价是：

频谱分析仪在相位噪声测量中的应用

频谱分析仪在相位噪声测量中的应用
的观测 。除上 述基 本功 能外 ， 频谱 分析 仪还有
一
在宇航 测控 、 雷达 、 通讯 等应 用工程 中 ， 由 于（ 短期 ） 频率稳 定 度直 接 影 响到 测速 、 距 、 测
定位的准确度和数字通讯的误码率。比如测 距频率 变化 ０７ ｚ 至少 带 来 １厘 米 的 测量 ．Ｈ 将
目 ， 前 信号的分析主要从时域、 频域、 调制 域三方面进行。频域 测量分析方法是观测信 号 幅度 （ 或 能量 （ ２ 与 频 率 的关 系 。无线 Ｖ） Ｖ ）
电的众多测量任务之一就是频域 中的信号检
测， 因而把 信号 的能 量分布 情况 作为 频率 的函
视并得到深入研 究的一个参量。本文探讨 的
示 的边带 噪声 即为相 位 噪声 。
３ 相位 噪声
测量方法等内容的基础上 ， 提出了直接用频谱 分析 仪测 量相 位 噪声 亦 即直 接 频谱 仪法 。频 谱分析仪在相位噪声测量中是一种应用较普 及， 同时 ， 也是计 量检定／ 校准 人员 或测 试工 程
一
３ １ 相 位 噪声 的定义 ．
率谱密度 ） 与载波功率 的比值 ， 用￡ （） ｆ表示 ，
单位为 ｄ ｃ Ｈ ． Ｂ／ ｚ。其表达式可 由式 （ ） １ 表示 。
Ｐｃ
析仪上直接显示单边带相位噪声￡ （） ｆ的测量
值， 而且还可 以 同时准确 地显示其 他离散 信 号， 尤其是在微 米、 毫米波段 更具有 简单、 灵 活、 易用的特点 ， 因而在实际测试 中得到 了广 泛应用。其基本测量原理框 图如 图 ２ ａ ｂ ． 、 所
是 利 用频谱分 析仪 （ 即直接 频谱 分 析仪 法 ） 在
相位噪声测量中的实际应用。 关 键词 频谱 分 析仪 相 位 噪 声 相 位

频谱仪测噪声系数测试方法

频谱仪测噪声系数测试方法

频谱仪测噪声系数测试方法
频谱仪测噪声系数是一种可以衡量电器设备噪声水平的测试方法。

噪声系数通常用于衡量信号电路中信号与噪声的比值。

如下是频谱仪测噪声系数的测试方法。

1. 计算输入功率与输出功率之比
首先，在测试过程中，必须确定测试电路的输入功率和输出功率。

输入功率和输出功率之比是计算噪声系数的关键。

在某些情况下，输入功率与输出功率可能需要进行校准。

2. 连接频谱仪
将频谱仪连接到测试电路的输入和输出端口。

确保测试电路的噪声源已关闭，并且频谱仪已正确配置和校准。

3. 设置频谱仪
根据测试电路的特定需要，设置频谱仪的参数。

这包括频率跨度、频率分辨率、RBW（分辨带宽）和VBW（视频带宽）等参数。

4. 测量输出功率噪声
在没有输入信号的情况下，测量测试电路的输出噪声功率。

在某些情
况下，需要在输出端口使用负载以测量噪声功率。

5. 注入输入电信号
在测试电路的输入端注入一个准确的电信号，并测量频谱仪的输出。

将输出功率与测量输出噪声功率的结果进行比较，可以计算出噪声系数。

6. 计算噪声系数
通过将输出功率与测量输出噪声功率之比除以输入功率与输出功率之比，可以计算出噪声系数。

通常，噪声系数表示为dB。

在完成测试后，可以对测试结果进行数据分析和报告编制。

这样，测试人员可以将测试结果以可读的形式呈现给客户或其他利益相关者。

频率源相位噪声测量研究

频率源相位噪声测量研究

频率源相位噪声测量研究洑小云【摘要】噪声带给震荡信号的相位以及频率是不断发生变化的,在频率源的内部会产生一定的调制作用,所以当对频率源进行向外输出的时候,总会产生相位和频率上下起伏的现象.受噪声调制的影响导致的相位或者频率的起伏现象,一般被称之为频率稳定度,实质确实代表着频率的不稳定的程度.在时间域以及频率域中,频率稳定度的表现形式也是不同的,例如在时间域中输出的信号频率随时间而变化,而在频率域中则不仅仅表现为一根直线了,会在信号谱两侧出现相应的噪声边带.本文对频率源相位噪声测量进行初步的探讨.【期刊名称】《电子制作》【年(卷),期】2015(000)020【总页数】2页(P99-100)【关键词】频率源;相位噪声;测量【作者】洑小云【作者单位】中国电子科技集团第三十六研究所浙江嘉兴 314001【正文语种】中文洑小云中国电子科技集团第三十六研究所浙江嘉兴 314001【文章摘要】噪声带给震荡信号的相位以及频率是不断发生变化的，在频率源的内部会产生一定的调制作用，所以当对频率源进行向外输出的时候，总会产生相位和频率上下起伏的现象。

受噪声调制的影响导致的相位或者频率的起伏现象，一般被称之为频率稳定度，实质确实代表着频率的不稳定的程度。

在时间域以及频率域中，频率稳定度的表现形式也是不同的，例如在时间域中输出的信号频率随时间而变化，而在频率域中则不仅仅表现为一根直线了，会在信号谱两侧出现相应的噪声边带。

本文对频率源相位噪声测量进行初步的探讨。

频率源；相位噪声；测量1.1短稳测量概述所谓的时域测量，指的是在采样时间已经指定的情况下，对频率源进行连续不间断的测量，根据测量的结果计算出平均的频率，最后计算ay(T)，也就是阿伦方差的平方根。

在计算的时候，最早采用的方法就是直接计数器的方法，这种方法也是最简单的一种方法，也叫做直接测频法。

受死时间以及计数器分辨能力的双重影响，在很长一段之间内这种方法都没有得到大范围的采用。

微波信号频谱相位噪声和功率测量实验报告

微波信号频谱相位噪声和功率测量实验报告

近代微波测量实验报告<一）一、实验名称：微波信号频谱、相位噪声和功率地测量二、实验目地：1.了解微波测试用频谱仪地组成、构造和工作原理2.掌握微波信号源和频谱分析仪地使用方法3.利用微波频谱分析仪测试微波信号频谱、功率和相位噪声三、实验器材：微波信号源一台、微波频谱分析仪一台、同轴电缆一根四、实验原理：相位噪声是衡量频率标准源(高稳晶振、原子频标等>频稳质量地重要指标,随着频标源性能地不断改善,相应噪声量值越来越小,因而对相位噪声谱地测量要求也越来越高.b5E2RGbCAP无源和有源器件中地噪声一般有热噪声、闪烁噪声<1/f噪声）、散粒噪声、周期稳态噪声.相位噪声是用来表征一个信号源地短期频率稳定度地.在频域中,相位噪声表征噪声对输出信号相位地扰动,其定义为在偏移载波频率Δω处地单位带宽内地单边带噪声谱与载波功率之比.p1EanqFDPw 五、实验内容观察不同衰减设置下信号地变化、观察不同RBW带宽设置对信号频谱地影响；测试信号源输出信号地相位噪声；存储测试数据并进行分析.DXDiTa9E3d六、实验步骤一、正确连接信号源与频谱仪二、对信号源进行设置,输出所需地单频信号,信号源按键DIAGR--Baseband--Multicarrier CWRTCrpUDGiT三、对频谱仪进行适当设置,频谱仪按键AMPT--RF Atten Manual观察不同衰减设置下信号地变化5PCzVD7HxA四、频谱仪按键BW--Res BW Manual,观察不同RBW 带宽设置对信号频谱地影响五、频谱仪按键MKR--Phase Noise Ref Fixed,测试信号源输出信号地相位噪声<偏离10KHz、100KHz、1MHz、10MHz）jLBHrnAILg六、纪录测试数据并进行分析.七、实验结果：测得中心频率f0=3GHz,输入-10dBm时,测得输出为-11.69dBm.1、偏离10kHz<设置span为50k,RBW为300Hz）相噪：+10kHz处-101.21dBc/Hz；-10kHz处-98.17dBc/Hz2、偏离100kHz<设置span为500k,RBW为3kHz）相噪：+100kHz处-101.96dBc/Hz；-100kHz处-102.06dBc/Hz 3、偏离1MHz<设置span为3M,RBW为30kHz）相噪：+1MHz处-115.61dBc/Hz；-1MHz处-114.32dBc/Hz4、偏离10MHz<设置span为50M,RBW为100kHz）相噪：+10MHz处-128.54dBc/Hz；-10kHz处-130.16dBc/Hz 八、讨论：1.在一定条件下,衰减器衰减量每增加10dB,频谱仪显示噪声电平提高10dB.因此,要提高频谱分析仪地灵敏度需要将衰减设置得尽可能小,以降低噪声电平地值,使得信号不被噪声淹没.2.分辨率带宽是频谱仪测量参数中非常重要地一项.频谱仪在对两个频率相近地待测信号进行描述时,若两信号幅度也相似,则响应特性曲线顶部可能重迭在一起,表现为单一信号；若两信号幅度一大一小,则小信号有可能被大信号淹没,无法分辨出来.只有当两个信号地频率间隔大于或等于分辨率带宽时,频谱仪才能够正确地显示出它们.xHAQX74J0X近代微波测量实验报告<二）姓名：贾淑涵学号：201822020648 实验时间：2018年3月18日一、实验名称：滤波器响应曲线测试二、实验目地：1.了解微波测试用频谱仪地组成、构造和工作原理2.掌握微波信号源和频谱分析仪地使用方法3.在没有矢量网络分析仪地情况下利用,微波信号源和微波频谱分析仪测试滤波器地响应曲线,观察滤波器插损、3dB带宽和带外抑制特性LDAYtRyKfE三、实验器材：微波信号源一台、微波频谱分析仪一台、带通滤波器一只、低通滤波器一只、同轴电缆两根四、实验原理：滤波器是一种选频装置,可以使信号中特定地频率成分通过,而极大地衰减其它频率地成分.滤波器地性能指标通常有以下几项：1、截至频率：一般指衰减增加到某一确定值时地频率,如增加3dB时地频率,称为3dB截止频率.2、带宽BW：对于带通滤波器而言,也指衰减加大到某一确定值时地频率范围,如称为1dB通带带宽或1dB阻带带宽.带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分地能力——频率分辨率.Zzz6ZB2Ltk3、回波损耗<Reflection Loss缩写RL）：回波损耗是描述滤波器性能地一个敏感参数,同时回波损耗<RL）、驻波系数<VSWR）和反射系数<）三个参数是相关地,通常用来表征滤波器反射特性.回波损耗地公式定义以及三者之间地dvzfvkwMI14、带外抑制<Rejection缩写RJ）：在给定地频率下,带外信号地插入损耗大于最小带内信号地插入损耗地数值.rqyn14ZNXI5、带内波动：指通带内信号地平坦程度,即通带内最大衰减与最小衰减之间地差别,一般用dB表示.6、品质因数Q：描述滤波器地频率选择性地强弱,分有载和无载两种情况.五、实验内容一、带通滤波器测试1. 带通滤波器截止频率2. 带通滤波器带外抑制30dB处频率点3. 带通滤波器袋内波动二、低通滤波器测试1. 低通滤波器截止频率2. 低通滤波器带外抑制30dB处频率点3. 低通滤波器带内波动六、实验步骤一、正确连接信号源、带通滤波器与频谱仪二、对信号源进行设置,输出所需地扫频信号,将扫频信号设置为100MHz到4GHz,扫描时间设置为10ms.EmxvxOtOco三、对频谱仪进行适当设置,设置RBW为1MHz,SWT为5ms,Ref 为0dBm,Att为20dB,VBW为3MHz.SixE2yXPq5四、将频谱仪地Trace设置为maxholder,扫频,观察滤波器地响应曲线.五、待曲线出现后,观察曲线.六、移动marker,读取带通滤波器地两个截止频率点,计算出中心频率.七、移动marker,读取通带两边衰减30dB处地频率点.八、移动marker,在通带内寻找最高及最低点,分别读取其功率值,计算得出带内波动.九、设置频谱分析仪,在Trace选项里选择writeclear.十、将带通滤波器取下,连接低通滤波器.重新设置信号源及频谱仪,测试滤波器指标.测试方法同带通滤波器.七、实验结果：根据实验步骤正确连接仪器及测试后,可得一下结果：1、带通滤波器测试得带通滤波器左右两个截止频率分别为：1.8483GHz,2.4783GHz.当带外抑制达到30dB时左右两边频率分别为：1.5729GHz,2.6228GHz.带内波动为：-12.8dB~-14.17dB.6ewMyirQFL通过左右截止频率,可算得中心频率为2.1633GHz2、低通滤波器测试得低通滤波器截止频率为：1.3297GHz.当带外抑制达到30dB时频率分别为：1.7176GHz.带内波动为：-10.36dB~-14.59dB.kavU42VRUs八、讨论：1、通过本实验,使我们了解微波测试用频谱仪地组成、构造和工作原理.在实际操作中,掌握微波信号源和频谱分析仪地使用方法,锻炼了我们地动手能力.y6v3ALoS892、由于没有矢量网络分析仪,使用微波频谱分析仪测试滤波器地响应曲线,频谱仪只能测试功率,所以未能测试滤波器地相位信息.M2ub6vSTnP3、通过这次实验,明白了在一定地实验条件及实验要求下,我们可以灵活选择测量仪器来获取所需地数据.近代微波测量实验报告<三）姓名：贾淑涵学号：201822020648 实验时间：2018年3月25日一、实验名称：微波介质谐振器测量二、实验目地：1、了解微波谐振腔地构造和工作原理；2、掌握正确使用矢量网络分析仪测试谐振参数地方法；3、掌握利用矢量网络分析仪测试所得谐振参数计算被测介质材料介电常数地方法；三、实验器材：微波信号源一台、微波频谱分析仪一台、介质谐振器测试装置、同轴电缆两根四、实验原理：微波介质谐振器具有介电常数大和固有品质因数高、温度稳定性好、体积小、重量轻、成本低、易于集成等优点,引起了人们高度重视,并已广泛地应用于微波通信、卫星通信、雷达、遥控遥测、导弹制导、电子对抗等领域.0YujCfmUCw谐振单元地理想模型是被测介质谐振器为圆柱体,其两端面由无穷大良导体金属短路板短路,如图所示.若介质谐振器为非磁性(=1>和较高介电常数材料,则在谐振单元中存在陷模和漏模.陷模地能量主要集中在介质谐振器内及其附近,品质因数Q值较高；漏模地能量将沿半径r方向向外辐射,Q值较低.在谐振单元中,若取圆柱坐标系,并取z为轴向.根据电磁谐振理论,可得谐振单元中陷模TE0mn地特征方程组：eUts8ZQVRd式中和 <n=0,1）分别为第一类贝塞耳函数和第二类变态贝塞耳函数.当测得介质谐振器地结构尺寸和谐振频率后,联立求解式上述式子可得被测介质材料地介电常数.sQsAEJkW5T五、实验内容1.对仪器进行适当地参数设置2.正确连接仪器与谐振腔,选择使用适合地转接头3.测试谐振腔载入被测材料前后地谐振频率和Q值4.存储测试数据并进行分析六、实验步骤一、连接仪器；二、设置矢网扫频带宽为9kHz~6GHz<全频带）,功率为0dBm,点数为401；三、观察谐振峰出现频点,选取较为明显地谐振峰进行测试<将谐振器地上面板上抬,观察各个波峰,往低频段移动地即是我们所要测量地TE011模式地谐振峰）；GMsIasNXkA四、将光标置与选定地谐振峰,其对应频率置为扫描中心频率；五、减小扫描带宽,并保持光标置于谐振峰峰值处；六、重复步骤4-5,直到所显示曲线上下为4dB左右；七、测量谐振频率f0,3dB带宽等参数并作记录,并利用公式计算谐振器Q值.七、实验结果：1. 测得谐振频率f0 为4.776576GHz2. 3dB 功率频点为 4.775463GHz~ 4.777754GHz,3dB带宽为0.002291GHzTIrRGchYzg3.计算谐振器Q值为：Q==f0/Δf=2084.93八、讨论：通过本实验,使我们了解了谐振器地原理及性能指标.在实际操作中,掌握微波信号源和频谱分析仪地使用方法,锻炼了我们地动手能力.7EqZcWLZNX。

用频谱仪测噪声系数

Signal freq = 878.49 MHz 1st LO freq = 1062.09 MHz IF freq = 183.6 MHz 1st Image freq = (1062.09+183.6) MHz = 1245.69 MHz
2nd LO frequency = 184.8 MHz Output frequency = 1.2 MHz 2nd Image freq = (184.8+1.2) MHz = 186 MHz
输出频率, SPAN 100 KHz左右.
7
测量的可行性分析(1)
测量结果准确性如何?
频谱仪的底噪一般在-145 dBm/Hz左右, 可用上页所述Mark noise方 法来看(频谱仪什么也不接, 输入衰减设为0dB用Mark noise看底噪)或 者去看手册. 因此可将频谱仪当作一个NF=(-145)-(-174)=30dB的元件.
9
实例之一
WCDMA Direct conversion receiver, RF BW 2110-2170 MHz, Baseband BW 1.92 MHz
Signal freq = 2140.1 MHz LO freq = 2140 MHz Image freq = 2139.9 MHz Output freq = 100 KHz
第一镜像频率被RF SAW滤掉, 第二镜像频率会通过IF SAW, 此镜像频 率处的噪声将会被变到100 KHz的输出频率, 因此在这种情况下输入噪声 密度是-171 dBm/Hz, 但是NF测量结果应该与上页所说办法一样.
6
输出噪声密度Nout
待测元件(DUT)输入端接50欧姆匹配负载时, 输出端接频谱仪. 在频谱仪 上可以直接读出输出噪声密度, 操作如下

频谱分析仪相位噪声测量功能的实现


技 Ｔ ｔｏ ｈｅｐｈ ｓ ｏｉｅ ｉ ｉ ｅ ｎ ｉ ｎ ｏｆｔ ａ ｅ ｎ ｓ ｓｇ ｖ ｎ，ｔ ｅ ｈｅｍ ｅ ｈｏ ｏ ｃ ｌ ｕｌｔ ｈ ｈａ ｅ ｎ ｓ ｓｇａｎｅ ．Ｏｎ ｔ — ｉ ｈ ｎ ｔ ｔ ｄ ｔ ａ ｃ ａ ｅ ｔ ｅ ｐ ｓ ｏｉｅｉ ｉ ｄ ｈｅｂａ
子 Ｍ
Ｗ ａ ｇ Ｆｅ ｇ ｎ ｎ Ｌｉ ｎ ｉｏｑ ｎ ａ ｇ Ｘ ａ ｉ
（ ｈ １ Ｒｅｅ ｒｈ Ｉ ｓｉ ｔ ｏ ＥＴ Ｑｉｇ ａ ６ ５ ５ Ｔ ｅ４ 。 ｓａ ｃ ｎ ｔ ｕ ｅ ｆ Ｃ Ｃ， ｎ ｄ ｏ ２ ６ ５ ） ｔ
测 叫
量
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａ ｔ ｏｄ ｏｆｈ ｍｅ ｈ ｏｗ ｏ ｍ ｅ ｓ ｒ ｈｅ ｓｇ ｌ ｈａ ｅ ｎｏ ｓ ｐｅ ｔ ｕ ａ ａ ｙ ｅ ｓｉ ｒ ｄｕ ｅ ． ｔ ａ ｕ ｅ ｔ ｉ ｎａ＇ ｐ ｓ ｉｅ ｂｙ ｓ ｃ ｒ ｍ ｎ ｌ ｚ ｒ ｉ ｎｔ ｏ ｃ ｄ ｓ
有较好 的开 放性 ， 功能 的扩 展 、 试算 法优 化 以及 测 测
是无 数 的相位 调制 边 带 ， 载 波 信号 两 侧 连续 对 称 在
０ 引 言
在现 代通 信 、 达 、 航 、 雷 导 电子 对抗等 测量 领域 ， 信号 发生 器 的应用 变 得 越来 越 广 泛 ， 信 号 发 生器 对 指标 特别 是频 谱稳 定度 的要 求也 变得越 来越 高 。相 位 噪声 是衡量 信 号发生 器短 期频 率稳 定度 的最直 接 最重要 的指 标之 一 ， 因此无 论 在 研 发 还 是 生产 过 程
维普资讯
第２ ５卷 第 １ 期 １ ２０ 年 １ ０６ １月
Ｖ０ ．２ ，Ｎｏ １ ５ ．１ １
ＮＯＶ ．，２ ６ ００

HS6288B型噪声频谱分析仪测量噪音实验报告、预习、原始数据


S6288B 型噪声频谱分析仪 三、 实验原理简述
1、S6288B 型噪声频谱分析仪使用说明 （1）性能 符合 IEC651 等标准对 2 型声级的要求 传声器：1/2”驻地极体测试电容传声器（20Hz～12.kHz； ；灵敏度：25mv/Pa） 测量范围：Ａ声级：35～130dB 线性：40～130dB
分贝 （dB） 次数
31.5
63
125
250
500
1K
2K
4K
8K
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均
42.3 42.0 41.9 42.3 41.8 42.0 41.8 41.7 42.1 41.9 419.8
41.8 41.5 41.6 42 41.7 41.5 41.7 41.5 44.2 41.5 419
1、参照仪器使用说明书熟悉了仪器面板上各个开关的作用和使用注意事项。 2、通过实际操作和数据处理了噪声测量和频谱分析的基本原理，掌握常用测量方法 以及学会正确使用一些现代的有关仪器 通过本次实验熟悉到了声级计的性能及操作方法， 学会分析并整理 S6288B 型噪声频谱分析
仪测出的数据。总的来说该实验还是简单的。
48.75
40.4 41.4 55.1 46.5 44.7 39.4 42.3 40.4 41.3 41.0
43.25
实验结果与分析
1、随着中心频率的增高，测出的频率值呈下降趋势。 2、中心频率为 125 赫兹测出的平均值最高。 3、总的来说，环境下的平均频率在 40-50 之间。
手机闹钟
db 值频段
44.0 43.4 44.1 43.7 48.7 43.8 43.2 44.2 43.7 43.5 442.3
52.4 54.2 50.3 57.3 45.8 51.1 48.2 52.9 60.2 43.4 515.8

频谱分析仪测量相位噪声研究


际上噪声的影响包含幅度和相位上的干扰， 但稳定 工作的振荡源都存在一个幅度稳定机制 ， 噪声影响
就 主要体 现在对 相位 的扰动 上 。
对 于测量 也 可 以从 时域 和 频 域 角 度 考 虑 。在
随后 进 行 混 频 比较 的方 法 测量 相 位 ｌ 声 ， 图 １ 不 。 如 所
测量 是值得 深 入探讨 的课 题 。
０ 引
言
１ 相位噪声和抖动 都
离不开相位噪声的测量 。在实际工作 中对衡量信 号发生器短期频率稳定度最直接 、 最重要指标之一 的相位噪声 ， 如何利用 已有 的测试设备 ， 如何选用 正确的测量方法对其进行准确 、 有效同时又简便地
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2008年12月第12期电子测试ELECTRON IC TESTDec.2008No.12频谱分析仪测量相位噪声研究王豫桐,林伟,黄世震(福州大学福建省微电子与集成电路重点实验室福州350002)摘要:随着相位噪声测量技术的发展,不断有采用新技术的测量系统被开发出来,但基本的测量原理仍具有其优势并得到广泛应用。

本文阐述了利用频谱分析仪测量相位噪声的几种基本方法,从原理上对测量方法进行了推导分析,并分析了每种测量方法的优缺点。

在文章最后介绍了易于搭建的载波滤除测量方法,通过搭建测试平台进行实际测量验证了此方法的可行性。

关键词:相位噪声;延迟线法;零拍法;载波滤除中图分类号:T N957文献标识码:AT heo ry and techno logy of phase noise m easuring in spectr um anay lzerW ang Y uto ng,L in W ei,H uang Shizhen(F ujian key L abo rato ry of M icr oelectr onics&Integ rated Circuits,F uzhou U niversity,Fuzhou350002,China)Abstract:With the developm ent of phase no ise theory and m easurement technolog y,m ore and more new m easurement system s are developed,and the basic measur em ent theories also have their adv antages and also be used.This paper expatiates sev eral methods o f phase no ise m eas-urement,discusses the pr inciple of these m ethods and their advantages and disadvantages re-spectively.In the end,this paper introduces one easily set up method-carrier w ave filtratio n, and analy ses this metho d by doing experiment.Keywords:phase no ise;delay line metho d;zero-beat metho d;carrier w ave filtratio n0引言在移动通讯、宇航测控、雷达等设计测试中,都离不开相位噪声的测量。

在实际工作中对衡量信号发生器短期频率稳定度最直接、最重要指标之一的相位噪声,如何利用已有的测试设备,如何选用正确的测量方法对其进行准确、有效同时又简便地测量是值得深入探讨的课题。

1相位噪声和抖动衡量振荡信号噪声性能的参数有相位噪声和抖动。

其中相位噪声是在频率域来衡量振荡信号的频谱纯度,抖动是在时间域来衡量振荡信号过零点的时间不确定性。

在原理上,二者是等效的。

实2008.12Design &Resear ch际上噪声的影响包含幅度和相位上的干扰,但稳定工作的振荡源都存在一个幅度稳定机制,噪声影响就主要体现在对相位的扰动上。

对于测量也可以从时域和频域角度考虑。

在时域测量方法中有直接计数法、差拍计数法等;在频域测量方法中有直接频谱仪法、单源鉴相法、相位检波法、自相关法等。

本文就分析频域测量的几种方法。

2 频域测量2.1 直接频谱仪法直接频谱仪法是将高频或微波信号直接加到合适的频谱分析仪上,显示出包含载波和噪声的频谱,通过频谱分析仪得出载波功率P 0及偏离载波f m 处1H z 带宽内的的边带功率P SS B (f m ),可以得出单边带相位噪声为:L(f m )=P SSB (f m )-P 0(1)但这个值还不是相位噪声的实际值,还需要加以修正。

因为频谱仪的分辨率带宽通常大于1H z,导致测得的P SSB (f m )大于实际的值,这里引入分辨率带宽标准化修正因子。

B c =10lo gB RBW B 1Hz(2)式中:为频谱仪的分辨率带宽,为1H z 带宽。

其次是测量随机噪声时产生的误差,这与频谱仪的具体型号有关,一般在频谱分析仪中,使用取样检波器对噪声电平的测量比有效值低2.5dB 。

根据这两项修正得到的最终结果为:L(f m )=P SSB (f m )-P 0-B c +2.5dB (3)2.2单源鉴相法图1 单源鉴相法这种测量方法是利用振荡源自身信号分成两路,随后进行混频比较的方法测量相位噪声,如图1所示。

这里忽略幅度扰动的影响,假设被测源信号为:v (t)=V cos [X t +<(t)]=V cos [X t +$XX mcos(X m t )](4)式中:<(t)=$X X cos (X m t)为相位扰动。

信号经功分器分成两路,一路经延迟线调整为v 1(t)=V 2cos{X (t -S )+$XX m cos[X m (t -S )]}(5)式中:S 为延迟时间,另一路经移相器则为v 2(t)=V 2cos[X t +$XX mco s(X m t )+<12](6)两路经双平衡混频器混频,及低通滤波器滤除和频项,得差频项v 4(t)=V 28cos{X (t -S )+$XX m co s[X m (t -S )]-X t -$X X m cos(X m t )-<12}=V 28cos{-X S -<12+2$X X m sin[X m (t -S 2)]sin(X m S 2)}(7)可以调整延迟线、移相器使得X S +<12=(2k +1)P2(8)其中k =0,1,2,3,4,,则当$XX<0.2r ad 时,有v 4(t)U V 24$X X m sin[X m (t -S 2)]sin(X m S 2)(9)则v 4(t)的幅度为V 24$X X m sin(X m S2),将表达式进行变换,且认为X m <1S ,关系式如下:$V 4=V 24$X S 2sin(X m S 2)X mS 2U V 24S 2$X =K X$X (10)由$XX=$<关系可知$V 4=K <$<(11)式中:K <为相检增益。

这就把被测信号的相位随机起伏$<变成相应的电压起伏$V ,经低噪声放大器放大后可由低频频谱仪测量出来,频谱仪是频域测量仪器,且通常测功率,而非电压,即:设计与研发2008.12 {F[$V4]}2U K2<{F[$<]}2(12)相位噪声功率谱密度与相位起伏的关系为:S<(f m)=$<2r ms(f m)B(13)式中:B为带宽,取为1H z。

而对于相位噪声与相位噪声功率谱密度的关系有:L(f m)=12S<(f m)(14)2.3相位检波器法图2相位检波法相位检波器法也称为双源法。

这种方法是将被测信号与一个同频率、相位差90b的参考信号加到混频器上,将信号的载波抑制,检测出与被测信号相位起伏(实际上是被测源和参考源相位起伏之和)有关的低频噪声电压,后经过低通滤波器和低噪声放大器,由低频频谱仪检测出来,如图2所示。

这里假设被测源为v1(t)=V1cos[X1t+<(t)](15)参考源的输出为v2(t)=V2cos[X2t+<2(t)](16)二者经过混频器后,输出为:v3(t)=V1V2cos[X1t+<1(t)]cos[X2t+<2(t)]=V1V212{cos[X1t+<1(t)+X2t+<2(t)]+co s[X1t+<1(t)-X2t-<2(t)]}(17)经低通滤波器滤除和频成分,剩下差频成分v4(t)=12V1V2cos{(X1-X2)t+[<1(t)-<2(t)]}(18)将参考源调到与被测源二者频率相等时,输出为v4(t)=12V1V2co s[<1(t)-<2(t)]=12V1V2cos{(<10-<20)+[$<1(t)-$<2(t)]}(19)此时输出为一个大小由两信号初始相位差(<10-<20)决定的直流成分,和相位起伏[$<1(t)-$<2(t)]造成的噪声成分二者共同决定。

当两信号被调到相位差90b为时,直流成分为零,只剩下在零值上下起伏不定的噪声电压成分$v4(t)=12V1V2cos{90b+[$<1(t)-$<2(t)]}=12V1V2sin[$<1(t)-$<2(t)](20)当[$<1(t)-$<2(t)]max n1r ad时$v4(t)U12V1V2[$<1(t)-$<2(t)]=K<[$<1(t)-$<2(t)](21)式中:K<为相检增益。

当参考源的相位噪声远低于被测源的相位噪声时(相差10dB以上时),$<2 (t)的影响可以忽略,认为:$v4(t)U K<$<1(t)(22)此时就可以如单源鉴相法所述的方法将相位噪声检测出来。

若参考源本身噪声影响较大,为了准确测量则需要引入校正,减去参考源本身的影响即得被测源的相位噪声。

实际上,由于两信号频率都不可能绝对稳定,二者不能调到相等并保持相位正交。

为此修改测试系统如图3所示,这种方法称为零拍法。

图3零拍法将差频误差信号送回参考源,以便参考源锁相到被测源,锁定后差频交流便消除,进一步细调直至直流成分也消除。

此过程均可观察伏特计来操作。

在锁相环带宽内,参考源的噪声跟踪被测源的噪声,锁相环带宽以内的噪声输出会因为环路的跟踪作用而减弱;在锁相环带宽之外,被测源噪声不受影响,因而要求锁定带宽要小于最小要测量的频偏值。

事实上,带内噪声可以单独测量并经过计算就可得带内相位噪声。

而在被测源的频率较高时,合适的低噪声参考2008.12Design &Resear ch源是较难以实现的。

这就需要考虑在参考源与混频器间加入下下变频器,以使被测源输出信号下变频到较低的频率段,从而就降低了参考源的实现难度。

下变频器的引入就对测试系统的噪声基底引入较大的影响,在后面的测量中需要考虑下变频器所引入的噪声,并给予消除。

2.4 自相关法这种方法是将被测源分成两路,分别与两个相同等级的参考源进行相位检波(即相位检波器法),如图4所示。