剖析衛星放大器雜訊耐受度：運用先進儀器實現高效能訊號鏈路驗證
精密雜訊注入與分析，優化放大器設計
在當今高度依賴衛星通訊的時代，無論是商業寬頻、地球觀測、導航定位，或是國防通訊，其服務品質與可靠性都至關重要，而訊號的純淨度與完整性更是決定通訊鏈路效能的基石，尤其在衛星通訊這類長距離、易受干擾的應用場景中，任何微小的訊號劣化都可能導致嚴重的通訊中斷或資料錯誤，因此，對通訊鏈路中核心元件，特別是放大器的雜訊耐受能力進行精確評估與驗證，已成為確保整體系統穩定運作不可或缺的一環。
放大器作為訊號收發路徑中的關鍵組件，其在充滿雜訊的真實環境中維持訊號品質的能力，直接影響了整個衛星系統的性能表現，例如，高功率放大器 (HPA) 需要在強訊號輸出下仍保持低失真與高效率，而低雜訊放大器 (LNA) 則必須在接收微弱的衛星訊號時，盡可能降低自身引入的雜訊，以提升訊噪比 (SNR)，若這些放大器對雜訊的抵抗能力不足，便會導致訊號完整性受損、錯誤率上升，進而影響資料傳輸的正確性與即時性。
為了應對此一挑戰，工程師需要一個能夠精準模擬真實電磁環境並量化放大器在不同雜訊條件下效能變化的測試方案，此方案不僅需要產生可控的、可重複的雜訊訊號，更要能精確分析放大器輸出訊號的各項關鍵指標，如相位雜訊與抖動 (jitter)，這些指標是評估通訊品質與穩定性的核心參數，透過這樣的測試，設計工程師能夠深入了解其設計的放大器在極端條件下的表現，並據此進行優化，確保衛星通訊系統在各種複雜環境中均能提供穩定可靠的服務。以下展示將說明如何運用先進的測試儀器，建立一套完整的放大器雜訊耐受度測試解決方案。
衛星放大器雜訊耐受度測試與相位雜訊分析
此測試解決方案將使用 Boonton SGX1000 系列射頻訊號產生器，該儀器用以產生一個具備低相位雜訊特性的初始射頻訊號，高品質的原始訊號是後續精確評估放大器效能的基礎，其低相位雜訊、低抖動及卓越可靠度確保了測試源的純淨性，接著，此訊號被輸入至 Noisecom UFX7000B 可程式化雜訊產生器，用以在載波上疊加加成性高斯白雜訊 (AWGN)，AWGN 是一種常見於通訊系統中的背景雜訊模型，能有效模擬真實世界的干擾情況，透過 UFX7000B 的精密控制，雜訊位準可以被精確地調變與更改，以針對特定的測試需求，例如模擬不同程度的頻道干擾或環境雜訊，建立客製化的複雜雜訊訊號。
Boonton SGX1000 系列射頻訊號產生器
來自 UFX7000B 的輸出訊號，即原始載波訊號加上特定功率的 AWGN，隨後通過一個 Holzworth 放大器，此放大器即為本次展示中的待測物 (DUT)，在衛星通訊系統中，用於發射和接收訊號的高功率放大器 (HPA) 與低雜訊放大器 (LNA)，都必須在極高的效能標準下運作，以維持通訊通道的整體訊號完整性，確保資料傳輸的低錯誤率與高可靠度，透過可控的雜訊產生與注入，設計工程師能夠精確地量化放大器在不同雜訊干擾程度下的實際效能表現，並對其雜訊耐受能力獲得關鍵性的數據洞察與深入理解，例如，可以觀察到放大器的增益、線性度、以及輸出訊噪比如何隨著輸入雜訊的增加而變化。
Noisecom UFX7000B 可程式化雜訊產生器
針對此放大器輸出訊號的相位雜訊分析，是採用 Holzworth HA7062C 即時相位雜訊分析儀 進行，在衛星網路這類對訊號品質要求極高的應用中，相位雜訊是一個極其關鍵的指標，過高的相位雜訊可能會嚴重威脅到訊號完整性，例如導致解調錯誤、降低資料傳輸速率，並可能沿著通訊路徑造成錯誤率的急遽增加，尤其對於採用高階調變技術的系統而言，相位雜訊的影響更為顯著，此測試配置的詳細量測結果，包括相位雜訊頻譜圖與抖動數據，會即時顯示在一台外部連接的個人電腦上，供工程師進行分析與記錄。
Holzworth HA7062C 即時相位雜訊分析儀
目標使用者：
目標使用者包括從事射頻元件與系統設計的設計工程師、負責網路架構與效能優化的網路開發人員、提供衛星相關服務的衛星通訊供應商，以及有特定通訊需求的政府機構與國防單位。
測試配置：
該測試配置首先由 Boonton SGX1000 系列射頻訊號產生器 產生一初始的低相位雜訊測試訊號，確保測試源的純淨度，此訊號接著被引導至 Noisecom UFX7000B 可程式化雜訊產生器，用以精確疊加特定準位的 AWGN，模擬真實操作環境中的雜訊干擾，經過雜訊疊加的訊號（即載波訊號加上雜訊）再輸入至作為待測物 (DUT) 的 Holzworth 放大器，以評估其在含噪環境下的真實表現，最後，Holzworth HA7062C 即時相位雜訊分析儀 用於量測並分析放大器輸出訊號的相位雜訊與抖動特性，量測結果則顯示於外部連接的個人電腦螢幕上，以便工程師進行數據判讀與效能評估。
測試結果：
本次測試的結果清晰地展示了雜訊對訊號品質的影響：
- 紅色軌跡：
代表由 SGX1000 系列射頻訊號產生器直接輸出的原始訊號，其設定為 1 GHz 頻率，功率為 +3.0 dBm，經由 HA7062C 即時相位雜訊分析儀 量測得到的抖動值為極低的 97 fsec（飛秒），這反映了訊號源本身優異的穩定性。 - 綠色軌跡：
代表 SGX1000 系列的輸出訊號在通過 UFX7000B 疊加了 30 dB 的 AWGN 後，再經過待測放大器輸出的訊號，其抖動量測值明顯上升至 260 fsec。
此結果明確顯示，隨著訊號路徑中 AWGN 雜訊功率的增加，訊號的相位雜訊特性亦隨之劣化，進而直接導致了抖動的增加與潛在的時序問題，這對於需要精密時脈同步的數位通訊系統而言，影響尤為關鍵。
Noisecom
UFX7000B 可程式化雜訊產生器：
Noisecom UFX7000B 可程式化雜訊產生器 內部整合了功能強大的單板電腦 (Single Board Computer)，並擁有一個具備高度彈性的硬體架構，此架構使其能夠依據使用者需求，為各種先進的自動化測試系統建立複雜且客製化的雜訊訊號模型，例如模擬多重干擾源或特定頻譜分佈的雜訊。此機種採用精密加工的元件，不僅可提供高輸出功率，同時在整個操作頻寬內展現出優異的輸出功率平坦度，確保測試的準確性與一致性；其彈性的內部架構設計，允許使用者透過軟體介面或遠端指令，精確控制內部整合的多個步進衰減器、高速交換器以及可配置的濾波器組，從而實現對輸出雜訊訊號頻譜、功率及路徑的靈活調控。
Holzworth
HA7062C 即時相位雜訊分析儀：
Holzworth 相位雜訊分析儀系列產品，例如 HA7062C，其核心技術在於採用了先進的即時雙核心處理引擎，此設計大幅提升了進行互相關 (Cross-Correlation) 運算的速度與效率，進而能在極短時間內獲得更低底噪的相位雜訊量測結果，此外，該儀器內部更整合了一對源自 Holzworth HSX 系列射頻合成器的高效能內部本地振盪器 (LO)，這些高品質的 LO 確保了分析儀自身具備極低的殘餘相位雜訊，為精準量測提供了堅實基礎。其可依需求重新配置的前面板設計，不僅賦予儀器更高的使用彈性，更能支援額外的進階功能集以及客製化的特殊量測設定，其中包括對分析儀自身雜訊底層 (Noise Floor) 的精密量測能力，讓使用者能夠充分掌握儀器的極限效能。