Phasenrauschen in Spektrumanalysatoren

Ich lese über Spektrumanalysatoren von Keysights AN 150 und habe zwei Fragen zum Phasenrauschen.

Die AN stellt fest:

Kein Oszillator ist absolut stabil. Auch wenn wir möglicherweise nicht in der Lage sind, den tatsächlichen Frequenzjitter eines Spektrumanalysator-LO-Systems zu sehen, gibt es immer noch eine Manifestation der LO-Frequenz- oder Phaseninstabilität, die beobachtet werden kann. Dies wird als Phasenrauschen bezeichnet (manchmal auch als Seitenbandrauschen bezeichnet).

Ein weiterer Absatz, der mich verwirrt, ist dieser:

Reduziert man die Auflösebandbreite um den Faktor 10, sinkt der Pegel des angezeigten Phasenrauschens um 10 dB.

Meine zwei Fragen lauten:

  • Warum führt ein Mangel an Genauigkeit im LO-System zu dem Rand, den wir auf dem Display sehen, wenn wir das Phasenrauschen betrachten? Ich würde erwarten, dass, wenn die Frequenz des LO einen Fehler aufweist, die Amplitudenspitze auf dem Display um diesen Fehler verschoben werden sollte. Warum ist der Schirm an der richtigen Stelle und diese komischen Röcke entstehen? Ich kann nicht intuitiv verstehen, wie das Display diese Form aufgrund der LO-Instabilität erhält.
  • Ich denke, wenn der ZF-Filter breit genug ist, würde das Phasenrauschen unter der Schürze des Filters selbst verborgen, sodass das Phasenrauschen nicht leicht zu erkennen wäre. Wenn der ZF-Filter schmal ist, zeigt sich das Phasenrauschen. Daher glaube ich, dass das Reduzieren der RBW das Phasenrauschen erhöht. Warum also sagt der AN, dass das Reduzieren des RB den Pegel des Phasenrauschens verringert ?
Lesen Sie im Internet nach einer Einführung in Phasenrauschen, um besser zu verstehen, woher es kommt und wie es aussieht. Es ist kein fester Frequenzversatz, sondern eine allgegenwärtige Variation in der Frequenz oder Phase jedes Oszillators.

Antworten (2)

Für Ihre erste Frage ist es notwendig, zwischen langfristigem und kurzfristigem Frequenzjitter zu unterscheiden. Wenn die Frequenz um einen festen Betrag abweicht und sich dieser Offset langsam ändert, wird die Amplitudenspitze auf dem Display um diesen Betrag in der Frequenz verschoben. Ändert sich dagegen die Frequenz extrem schnell hin und her (kurzzeitiger Frequenzjitter), so ähnelt dies einer FM-Modulation und macht sich als Phasenrauschen bemerkbar. Dieser kurzzeitige Frequenzjitter (im Gegensatz zu einem langfristigen Frequenzfehler) erzeugt den Rausch-"Rock", auf den in der Anwendungsnotiz Bezug genommen wird.

Für Ihre zweite Frage gibt es normalerweise eine bestimmte Menge an Phasenrauschen für eine bestimmte Bandbreite: Phasenrauschen wird in Einheiten von dBc pro Hz Bandbreite (dBc/Hz) bei einem bestimmten Offset ausgedrückt. Dieser Betrag ist nicht festgelegt, sondern variiert je nachdem, wie weit entfernt vom Träger Sie das Rauschen messen. Nichtsdestotrotz nimmt mit zunehmender Messbandbreite auch das Gesamtrauschen innerhalb dieser Bandbreite zu. Wenn Sie also den RBW-Filter breiter einstellen, integriert und mittelt er Rauschen über eine größere Bandbreite. Wenn Sie den RBW-Filter schmaler einstellen, nimmt er nur das Rauschen über diese schmalere Bandbreite auf.

Danke für deine Antwort. Ich habe den ersten Teil bekommen. Aber beim zweiten verstehe ich es immer noch nicht. Warum sollte das Phasenrauschen mit zunehmender RBW zunehmen? Es ist nicht wie weißes Rauschen, das "Komponenten" in allen Frequenzen hat. Daher finde ich bei dieser Größenordnung sogar die Einheit dBc/Hz verwirrend. Könnten Sie dazu eine intuitivere Erklärung geben?
Die Einheiten sind dBc/Hz, da das Phasenrauschen (und andere Rauschquellen im Allgemeinen) nicht auf eine einzelne Frequenz beschränkt sind (wenn sie es wären, würden sie als ein einzelnes Paar von Dirac-Delta-Funktionen im Frequenzbereich erscheinen). . Phasenrauschen ist nicht unbedingt wie weißes Rauschen, da es nicht in allen Frequenzen Komponenten hat, aber es hat Komponenten über eine breite Bandbreite, nicht nur bei einer einzigen Frequenz. (dh Phasenrauschen ist nicht so regelmäßig, dass es direkt einem perfekten FM-Signal entspricht, das aus zwei Dirac-Deltas besteht, aber stattdessen ist der Frequenzjitter ziemlich zufällig).

Ausschreibung

Lassen Sie uns zuerst über (2) sprechen. Ja. Ein Filter mit großer Auflösungsbandbreite würde die Phasenrauschschürzen verbergen, da der Formfaktor des RB-Filters durch die Energie in der Mittelkeule des Oszillators erforscht wird. Sie haben eine gute Einsicht, um Ihren Messgeräten nicht zu sehr zu vertrauen.

Nun zu (1). Es gibt (mindestens) 2 Situationen zu analysieren, OpenLoop und ClosedLoop.

Bei OpenLoop führen Temperaturänderungen und Netzteilrauschen sowie Änderungen des Betriebspunkts des aktiven Geräts zu einer geringfügigen Änderung der Trägerfrequenz. Der letzte Effekt --- Änderung des Arbeitspunktes --- wird in den 1-Transistor-FM-Sendeschaltungen ausgenutzt, wo ein Mikrofonsignal an die Basis von Colpitts angelegt wird. Selbst ohne absichtliche Variation wandert die Oberseite des Trägers in einer Form, die als "Lorentzian" bezeichnet wird. Dies wurde vor etwa 30 Jahren bewiesen.

Bei ClosedLoop, insbesondere bei hoher PLL-Loopgain, scheint der Träger nicht zu wandern, aber bei hoher Auflösung (delta_frequency) wird gezeigt, dass der Träger im Lorentzschen Frequenzbezug des Quarzoszillators wandert.

Sie fragen ausdrücklich nach Röcken. Die Schürzen weisen mehrere Steigungen auf (db pro Oktave oder db pro Dekade). Das innerste (steilste) sollte die Form des Phasenrauschens der Frequenzreferenz sein, wenn Sie einen LOW NOISE-Phasendetektor und eine LOW NOISE-Ladungspumpe und einen LOW JITTER-Prescaler und einen LOW JITTER-FracN-Pot der Logik haben.

Außerhalb der Bandbreite der PLL-Schleife wird das Grundrauschen des OpAmp seinen Kopf erheben, ebenso wie das Phasenrauschen des Oszillators.

Danke für deine Antwort. Zur 2. Frage verstehe ich nicht, warum in der AN steht, dass eine Reduzierung der RBW das Phasenrauschen reduziert. Ich dachte genau das Gegenteil wäre passiert. Kannst du das auch erklären?
Bei einer flachen Rauschdichte als erste Annäherung über eine kleine Delta-Frequenz hat ein 4:1-Filter mit kleinerer Bandbreite 4:1 weniger Leistung (statistische Varianz) und 2:1 weniger Standardabweichung (was die Effektivspannung ist). Bei 100:1 weniger Bandbreite sinkt die Standardabweichung um 10:1.
Phasenrauschen in Spektrumanalysatoren
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