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如何為絕對相位雜訊量測，正確設定相位雜訊分析儀？

如何為絕對相位雜訊量測，正確設定相位雜訊分析儀？

這篇文章將帶您一步步了解，如何正確設定 Holzworth 低相位雜訊儀器產品線中的 Maury Microwave HA7062D 即時相位雜訊分析儀，以完成一項精準的絕對相位雜訊量測，我們將聚焦於儀器前面板與後面板的關鍵配置，確保您的量測設定從一開始就準確無誤。

選擇合適的量測類型

HA7062D 的設計相當靈活，可以根據不同的待測物與量測目標，設定為多種量測模式。

  • 絕對相位雜訊 (Absolute Phase Noise) 量測：
    專門用來評估單埠裝置的雜訊特性，例如訊號產生器、振盪器 (Oscillators) 等訊號源。
  • 加成性相位雜訊 (Additive Phase Noise) 量測：
    則是用於分析訊號通過一個多埠裝置後，額外疊加上去的雜訊，適用於放大器、混波器等元件的特性分析。
  • 基頻 (Baseband) 量測：
    提供一種更直接的分析路徑，若您的待測物 (DUT) 訊號已經在外部被降頻轉換至基頻，此模式能讓訊號直接進入分析儀內部的快速傅立葉轉換 (FFT) 引擎進行處理。

在此範例中，我們的目標是量測 Boonton SGX1000 系列射頻訊號產生器的絕對相位雜訊。
在進行絕對相位雜訊量測時，您主要有兩種本地振盪器 (LO) 的選擇，這會直接影響到量測的便利性與最終的雜訊底層極限。

  • 內部 LO 模式：
    此模式直接利用分析儀內建的一對 Maury Microwave 合成器，其 LO 頻率覆蓋範圍為 10 MHz 至 6 GHz，能提供極高的設定彈性與便利性，特別適合需要快速切換測試頻率的生產線或研發環境。
  • 外部 LO 模式：
    當待測物 (DUT) 的相位雜訊性能極佳，甚至優於分析儀內建的訊號源時，就必須採用此模式，才能量測到 DUT 最真實的雜訊表現，此設定需要連接兩個相位雜訊特性更為優異的外部超低相位雜訊源，來取代內部的合成器。

在本範例中，我們將分析儀設定為內部 LO 模式，以量測 SGX1000 系列的性能。



HA7062D 提供極高量測準確性，採用即時雙 FFT 技術，並具備可配置前端以確保最佳量測信心；內建Holzworth HSX 合成器核心，可作為 CW 訊號源，適用於高階相位雜訊量測需求，26 GHz 可選擇擴展至 40 GHz，提升頻率覆蓋範圍。

相位雜訊分析儀 – 前面板與後面板配置

前面板

在確認量測類型（絕對相位雜訊）與模式（內部 LO 模式）後，首要步驟是正確連接前面板的四個硬式同軸跳線，在手動旋緊後，務必使用扭力板手以建議的扭力值將其鎖緊，這個步驟至關重要，因為適當的扭力能確保最佳的電氣接觸，避免訊號洩漏或反射，從而保障射頻訊號的完整性。



 

將待測物 (DUT) 的訊號連接至前面板輸入埠後，訊號會被平均分配至兩個獨立的內部量測路徑，各自與其專屬的 LO 混波，這些同軸跳線的功能，正是將 DUT 的射頻輸入與各通道的 LO 訊號正確地連接起來，混波後產生的中頻 (IF) 訊號，接著會被數位化並轉換至頻域，以利後續的數據處理。

交互相關 (Cross-correlation) 處理是 HA7062D 的核心技術，簡單來說，兩個量測通道都會看到來自 DUT 的「相同」相位雜訊（相關的），但各自 LO 產生的內部雜訊卻是「不同」的（非相關的），透過演算法平均多次量測結果，這些隨機、非相關的雜訊會被互相抵銷，而來自 DUT 的真實相位雜訊則會被保留下來，進而達到去除系統雜訊底層的目的，這個方法的代價是量測時間，但效果顯著，相關性掃描次數每增加 10 倍，理論上即可降低 5 dB 的隨機系統雜訊。

後面板

儀器後面板整合了所有您需要的數據通訊介面：

  • USB
  • 乙太網路 (Ethernet)
  • RS-232
  • GPIB

在此範例中，我們透過 USB 埠將相位雜訊分析儀與一台安裝有控制分析軟體的個人電腦（PC）連接。

絕對相位雜訊量測測試設定

整個測試系統的架構由三個核心部分組成：待測物 (DUT)、控制器 PC 與相位雜訊分析儀，其實際連接方式相當直觀：

  • 待測物 (DUT)：
    將作為穩定連續波 (CW) 訊號源的 SGX1000 系列，使用高品質的同軸電纜連接到分析儀前面板的 DUT 輸入埠。
  • 控制器：
    使用 USB 傳輸線，將您的 Windows 個人電腦（PC）與分析儀的後方面板連接，這台電腦將用來執行控制軟體與顯示量測圖形。
  • 相位雜訊分析儀：
    再次確認前面板的四個跳線都已正確連接並以扭力板手鎖緊，其前面板與 DUT 相連，後面板則與控制器 PC 相連。

完成硬體連接後，下一步就是開啟專用軟體來進行實際的量測與分析，想觀看完整的設定流程，包含如何操作軟體介面嗎，下方的教學影片將為您提供詳細的步驟指引。


SGX1003/SGX1006 RF 訊號產生器採用非 PLL 設計，頻率範圍 10 MHz 至 6 GHz，具備超低相位雜訊（-122 dBc/Hz），超低抖動 (< 100 fs)，並支援清單模式與掃描模式，適用於高精度 RF 測試與開發。


相位雜訊分析儀如何量測相位雜訊？

想更深入了解相位雜訊分析儀的運作原理，以及它與傳統頻譜分析儀在量測方法上的差異與優勢嗎？我們推薦您閱讀這份技術白皮書：「低相位雜訊的重要性及其量測方法」，文中對不同的相位雜訊量測技術，及其對現代無線通訊系統性能的影響，有著精闢的探討。

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