R&S®FSWP поддерживает внешние гетеродины

Измерительная задача

Современные анализаторы фазового шума с внутренними источниками и кросс-корреляцией (например, модель R&S®FSWP) способны в считанные секунды измерять практически любые источники сигналов, такие как термостатированный кварцевый генератор (OCXO), синтезатор или генератор, управляемый напряжением. Однако внутренние источники должны охватывать диапазон частот от 1 МГц до 56 ГГц и не могут сравниться с высокотехнологичными источниками, работающими на фиксированной частоте, в число которых входят термостатированные кварцевые генераторы (OCXO), генераторы с диэлектрическим резонатором (DRO) и сапфировые генераторы с нагруженным объемным резонатором (SLCO). Эти источники имеют малый диапазон подстройки и превосходные характеристики фазового шума. Например, для Marki Microwave SLCOX0573 требуется измерение чувствительности фазового шума –157 дБн (1 Гц) со смещением 10 кГц на частоте 8 ГГц.

Это можно сделать на приборе R&S®FSWP50 одним нажатием кнопки. Однако для точного измерения характеристик фазового шума таких генераторов требуется более 10 000 000 усреднений при смещении 10 кГц или ок. 1000 усреднений при смещении 10 Гц. Такое огромное количество усреднений возможно, однако до получения конечного результата проходит много времени. Когда разработчики высокотехнологичных источников вносят усовершенствования в конструкцию своих устройств, они хотят получать результаты быстрее — в течение нескольких секунд.

Применение

Применение гетеродинов с характеристиками, аналогичными испытуемому устройству, помогает сокращать число кросс-корреляций и быстрее получать результаты.

Решение компании Rohde & Schwarz

С анализатором R&S®FSWP можно использовать внешние источники при проведении измерений высокотехнологичных устройств. На рисунке 1 представлена установка, в которой два генератора SLCO используются в качестве гетеродинов, подключенных ко вспомогательным входам гетеродина CH 1 IN и CH 2 IN. Третий генератор SLCO в этой установке является испытуемым устройством, которое подключается к ВЧ-входу анализатора R&S®FSWP. Для тракта гетеродина можно добавить даже два усилителя, т. к. их аддитивный шум подавляется кросс-корреляцией. В данной установке источники-гетеродины должны работать на той же частоте, что и испытуемое устройство. Анализатор R&S®FSWP выполняет фазовую автоподстройку частоты, чтобы привязать внешние генераторы SLCO к испытуемому устройству. На задней панели прибора R&S®FSWP имеются выходы подстройки для привязки генераторов SLCO. Они имеют управляющее напряжение от 0 В до 8 В и отрицательную крутизну подстройки ок. 2 кГц/В. Управляющее напряжение V_упр. испытуемого устройства постоянно установлено на 4 В.

На рисунке 2 представлено меню настройки управляющего напряжения. Оба выхода подстройки находятся в режиме Tuned (с подстройкой), и в полях вводятся соответствующие значения чувствительности и диапазона подстройки. В данном случае полоса пропускания контура устанавливается на 50 Гц. Преимущественно внешняя фильтрация входов подстройки генераторов может приводить к уменьшению полосы пропускания контура по сравнению с указанным здесь значением. Внизу окна отображаются значения девиации частоты и управляющего напряжения источников.

Пока напряжения не достигли минимального или максимального значения, генераторы синхронизированы с испытуемым устройством и можно запустить измерение. На рисунке 3 представлен результат. Требуется только одно усреднение при смещении 10 Гц, что соответствует 1000 усреднениям при смещении 10 кГц для измерения чувствительности –157 дБн (1 Гц) на частоте 8 ГГц. Серая область, показывающая коэффициент усиления кросс-корреляции, находится полностью снизу от измеренной кривой, что подтверждает правильность измерения испытуемого устройства без каких-либо ограничений со стороны контрольно-измерительного оборудования.

На рисунке 4 представлено аналогичное измерение, выполненное с внутренними источниками. На экране R&S®FSWP отображаются такие же значения, однако для того, чтобы серая область находилась полностью снизу от измеренной кривой, требуется в 100 раз больше кросс-корреляций. Только в этом случае испытуемое устройство измеряется правильно и выводится более плавная и достоверная измеренная кривая.

Заключение

При использовании внешних источников в качестве гетеродинов анализатор R&S®FSWP способен в считанные секунды измерять даже высокотехнологичные источники, что было проверено для фотонных генераторов с фиксированным смещением [2]. Теперь порты подстройки позволяют привязывать гетеродины к испытуемому устройству, что расширяет диапазон смещения. В данном режиме также можно использовать так называемый «метод двух испытуемых устройств», когда сигнал второго испытуемого устройства разделяется и подается на оба входа гетеродина. В конце необходимо вычесть 3 дБ из результата, т. к. фазовый шум гетеродина не подавляется кросс-корреляцией.

Библиография

[1] G. Feldhaus и A. Roth, «Анализатор фазового шума в диапазоне от 1 МГц до 50 ГГц с прямым понижающим преобразованием и кросс-корреляцией», публикация на Европейском форуме по частоте и времени (EFTF), Йорк, Великобритания, апрель 2016 г.

[2] «Измерения фазового шума взаимного спектра в фотонных СВЧ-генераторах с 10–15-уровневой стабильностью», M. Giunta, B. Rauf, S. Pucher, S. Afrem, W. Wendler, A. Roth, J. Kornprobst, S. Peschl, J. Schulz, J. Schorer, M. Fischer, R. Holzwarth, Международный симпозиум по СВЧ-технологиям IMS 2025 при обществе IEEE MTT-S, Th2D-4.