Использование частотомера для измерения фазового шума вблизи сигнала несущей
Обзор
Гетеродин (LO) производит сигналы несущей для передатчиков и опорные сигналы для приёмников и поэтому является “сердцем” радиолокационных систем (РЛС), систем радиоэлектронного подавления и связи. В системах связи всё большие объёмы информации за счёт компрессии (сжатия) передаются по каналам с ограниченной шириной полосы пропускания. В процессе эволюции РЛС наблюдается постоянная потребность во всё более точном разрешении целей на всё больших расстоянияx.
Чтобы соответствовать требованиям этих ответственных приложений, высокая стабильность и чистота (качество) спектра сигнала гетеродина являются критически важными при разработке схем передатчиков и приёмников с высокими характеристиками. При проверке нестабильности и чистоты спектра сигнала такие измерительные приборы, как анализаторы сигналов (спектра), обеспечивают информативные и охватывающие широкий диапазон частот отображения шума и спектральных составляющих вокруг сигнала несущей. К сожалению, этот тип приборов может оказаться неспособным обеспечить четкую картину фазового шума вблизи несущей. В данном контексте, “вблизи несущей” или просто “вблизи” относится к шуму в пределах ± 200 кГц относительно частоты несущей на оси Х графика в частотной области.
При создании чёткой картины шума вблизи несущей такие измерительные приборы, как универсальный частотомер 53230A компании Keysight, выручают там, где анализаторы сигналов уже перестают работать. Далее в этих заметках описано, как возможности измерений с высоким разрешением без пропусков сигнала, обеспечиваемые 53230A , можно использовать для более тщательного исследования сигналов гетеродина. Кроме того, представлены примеры результатов измерений в виде графиков анализа в модуляционной области и девиации Аллана.
Проблема
До последнего времени полное определение характеристик шума на частотах, отстоящих от сигнала несущей менее, чем на 10 Гц, требовало сложных измерительных установок, например, таких как при использовании метода гетеродина (ссылка 2, W.J. Riley), либо дорогих измерительных систем, таких как специализированный анализатор фазового шума. Анализаторы сигналов и частотомеры являются альтернативными техническими решениями, но при этом каждое из них имеет ограничения.
Как было отмечено ранее, анализаторы сигналов обеспечивают не имеющие себе равных возможности просмотра спектральных составляющих в широком диапазоне частот. Типичное измерение чётко покажет шум вокруг несущей, и при этом полоса обзора и полоса пропускания могут быть установлены таким образом, чтобы настроить различные режимы просмотра содержимого шума. Однако, чем ближе к несущей перемещаются измерения, содержимое шума делается всё более насыщенным, и становится трудно определить возможные причины этого шумa.
Частотомер способен проводить измерения вблизи несущей, нужно следить за тем, чтобы результаты измерений были релевантными. Например, при работе вблизи несущей необходимо захватить достаточно большой набор данных, чтобы выявить любые медленные изменения, вызванные низкочастотным шумом. Однако, при выполнении статистического анализа на большом наборе измерений во временной области, традиционные методы, например, определение среднеквадратического отклонения, не будут достаточными, поскольку они вычисляют кумулятивный эффект выборки. В результате, чем больше набор выборок, тем больше может вырасти значение среднеквадратического отклонения. Иначе говоря, оно может стать расходящимся.
Решение
При измерениях вблизи несущей такие измерительные приборы, как частотомер 53230A, могут обеспечить более подробное представление деталей сигнала, чем анализатор сигналов. Одним из важнейших факторов — и ключевой отличительной особенностью современных частотомеров — является их разрешающая способность. Например, 53230A обеспечивает разрешающую способность, равную 20 пс, при измерениях во временной области.
Кроме того, 53230A снабжён возможностями, которые когда-то можно было найти только в самых совершенных и дорогих приборах для измерений во временной области. Примером, имеющим отношение к измерениям фазового шума, являются непрерывные измерения без пропусков сигнала или с нулевым временем простоя. Отклоняясь от темы, заметим, что это свойство позволило создать измерительный прибор, называемый анализатором в модуляционной области (MDA) — а это уже имеет непосредственное отношение к рассматриваемому вопросу, поскольку графики в стиле MDA являются полезным инструментом для анализа во временной области вблизи несущей.
Прежде чем объяснить, как эти свойства позволяют проводить анализ вблизи сигналов несущей, имеет смысл подробно объяснить значение непрерывных измерений без пропусков сигнала во временной области.
СКАЧАТЬ ПРОДОЛЖЕНИЕ СТАТЬИ
Гетеродин (LO) производит сигналы несущей для передатчиков и опорные сигналы для приёмников и поэтому является “сердцем” радиолокационных систем (РЛС), систем радиоэлектронного подавления и связи. В системах связи всё большие объёмы информации за счёт компрессии (сжатия) передаются по каналам с ограниченной шириной полосы пропускания. В процессе эволюции РЛС наблюдается постоянная потребность во всё более точном разрешении целей на всё больших расстоянияx.
Чтобы соответствовать требованиям этих ответственных приложений, высокая стабильность и чистота (качество) спектра сигнала гетеродина являются критически важными при разработке схем передатчиков и приёмников с высокими характеристиками. При проверке нестабильности и чистоты спектра сигнала такие измерительные приборы, как анализаторы сигналов (спектра), обеспечивают информативные и охватывающие широкий диапазон частот отображения шума и спектральных составляющих вокруг сигнала несущей. К сожалению, этот тип приборов может оказаться неспособным обеспечить четкую картину фазового шума вблизи несущей. В данном контексте, “вблизи несущей” или просто “вблизи” относится к шуму в пределах ± 200 кГц относительно частоты несущей на оси Х графика в частотной области.
При создании чёткой картины шума вблизи несущей такие измерительные приборы, как универсальный частотомер 53230A компании Keysight, выручают там, где анализаторы сигналов уже перестают работать. Далее в этих заметках описано, как возможности измерений с высоким разрешением без пропусков сигнала, обеспечиваемые 53230A , можно использовать для более тщательного исследования сигналов гетеродина. Кроме того, представлены примеры результатов измерений в виде графиков анализа в модуляционной области и девиации Аллана.
Проблема
До последнего времени полное определение характеристик шума на частотах, отстоящих от сигнала несущей менее, чем на 10 Гц, требовало сложных измерительных установок, например, таких как при использовании метода гетеродина (ссылка 2, W.J. Riley), либо дорогих измерительных систем, таких как специализированный анализатор фазового шума. Анализаторы сигналов и частотомеры являются альтернативными техническими решениями, но при этом каждое из них имеет ограничения.
Как было отмечено ранее, анализаторы сигналов обеспечивают не имеющие себе равных возможности просмотра спектральных составляющих в широком диапазоне частот. Типичное измерение чётко покажет шум вокруг несущей, и при этом полоса обзора и полоса пропускания могут быть установлены таким образом, чтобы настроить различные режимы просмотра содержимого шума. Однако, чем ближе к несущей перемещаются измерения, содержимое шума делается всё более насыщенным, и становится трудно определить возможные причины этого шумa.
Частотомер способен проводить измерения вблизи несущей, нужно следить за тем, чтобы результаты измерений были релевантными. Например, при работе вблизи несущей необходимо захватить достаточно большой набор данных, чтобы выявить любые медленные изменения, вызванные низкочастотным шумом. Однако, при выполнении статистического анализа на большом наборе измерений во временной области, традиционные методы, например, определение среднеквадратического отклонения, не будут достаточными, поскольку они вычисляют кумулятивный эффект выборки. В результате, чем больше набор выборок, тем больше может вырасти значение среднеквадратического отклонения. Иначе говоря, оно может стать расходящимся.
Решение
При измерениях вблизи несущей такие измерительные приборы, как частотомер 53230A, могут обеспечить более подробное представление деталей сигнала, чем анализатор сигналов. Одним из важнейших факторов — и ключевой отличительной особенностью современных частотомеров — является их разрешающая способность. Например, 53230A обеспечивает разрешающую способность, равную 20 пс, при измерениях во временной области.
Кроме того, 53230A снабжён возможностями, которые когда-то можно было найти только в самых совершенных и дорогих приборах для измерений во временной области. Примером, имеющим отношение к измерениям фазового шума, являются непрерывные измерения без пропусков сигнала или с нулевым временем простоя. Отклоняясь от темы, заметим, что это свойство позволило создать измерительный прибор, называемый анализатором в модуляционной области (MDA) — а это уже имеет непосредственное отношение к рассматриваемому вопросу, поскольку графики в стиле MDA являются полезным инструментом для анализа во временной области вблизи несущей.
Прежде чем объяснить, как эти свойства позволяют проводить анализ вблизи сигналов несущей, имеет смысл подробно объяснить значение непрерывных измерений без пропусков сигнала во временной области.
СКАЧАТЬ ПРОДОЛЖЕНИЕ СТАТЬИ
