Амплитудные и фазовые шумы Опции

[Undertaker]

Добрый день, хочу немного затронуть вопрос из области фундаментально-прикладной науки.
Не так давно пришлось столкнуться с измерением амплитудных шумов (AM noise) и фазовых шумов (Phase noise) выходного сигнала, а так же вносимых фазовых шумов (additive/redusal phase noise) усилителей.
Информации по вопросу измерения фазовых и вносимых фазовых шумов довольно много, как на нашем, так и на английском языках, так же как и измерительных приборов на рынке. Однако информации по измерению амплитудных, а тем более вносимых амплитудных (существует ли такое понятие вообще ?) крайне мало, а вопросы мои касаются именно их.
Вопросы у меня следующие:
1) От чего зависят амплитудные шумы сигнала, как они поражаются и какие способы борьбы с ними ?
2) Справедливо ли понятие вносимых амплитудных шумов с научной точки зрения и как их измерить ? На сколько я понял ни один из существующих измерительных приборов на рынке (даже самых дорогих) не предполагает такого измерения.
3) Есть ли разница между фазовыми и частотными шумами ?
Заранее большое спасибо, т.к. почему то сложилось такое ощущение, что наука измерения шумов передающих систем это что-то тайное и только для посвященных

[Dr.Drew]

А что мешает взять два смесителя, два настольных генератора, два УПЧ и делитель мощности? Тут и 5053 не нужен. Возни на пару часов.

[khach]

А что мешает взять два смесителя, два настольных генератора, два УПЧ и делитель мощности? Тут и 5053 не нужен. Возни на пару часов.

В принципе это и предполагается. Только еще надо обеспечить стабилизацию уровней гетеродинов для накачки гармониковых смесителей- они очень чувствительны к уровню сигнала и без такой цепи вся метрология пойдет коту под хвост. Ну и основная проблема- собственно метрология и как обеспечить ее стабильность и повторяемость. Надо придумывать процедуру калибровки, чтобы отсчет был в честных дБн, а не в попугаях.

[Dr.Drew]

Там попугаи автоматически пересчитываются. Прибор самокалибруется перед каждым измерением. Там же надо связать спектр на входе АЦП со спектром на входе ФД. Все делается через предварительную обработку ПЧ на выходе ФД для вычисления крутизны ФД (она только и нужна) с учетом усиления ПЧ. Всякие преобразования частоты и уровень сигнала после гармонических смесителей нивелируются.

Сообщение отредактировал Dr.Drew - Mar 23 2017, 00:31

[khach]

Там попугаи автоматически пересчитываются. Прибор самокалибруется перед каждым измерением.

Разве это относится к случаю применения внешних смесителей? Смесители на гармониках не передают постоянной составаляющей ПЧ, поэтому калибровка по уровню нулевых биений в этом случае невозможна. Также нет тракта инжекции тестового сигнала, тестовый сигнал с отстройкой по частоте приходится подавать отдельно через калиброванный направленный ответвитель. На блок-схеме эта часть измерительного тракта не показана. Представители Keysight тоже ничего внятного сказать не смоги- отсылали к чтению аппнот.

[Dr.Drew]

Ну это понятно, тут даже матерые метрологи не особо разбираются в тонкостях таких измерителей. На самом деле, тестовый сигнал нигде никуда не подается, а все калибруется по ПЧ перед захватом цифровой ФАПЧ прибора внешнего сигнала. Сегодня мерили шумы на 20 ГГц экспериментального PLG20 (будет на Метрологии - приходите пощупать) с помощью двух Р2М-18 на 19,5 ГГц, смесителей и резистивного делителя мощности. Все сошлось. Правда, с настройками пришлось поиграться и прибор ругался на отсутствие мощности. Но цеплялся за ПЧ 500 МГц и показывал ее шумы. Верификацию делали фазовой модуляцией с заданным индексом.

[rloc]

будет на Метрологии - приходите пощупать

Андрей, сами не планируете?

[Dr.Drew]

Не берут начальники и главные метрологи ведущего инженера в компанию... Скорее, осенью на РАДЭЛе буду.

[rloc]

К вопросу о E5052B. Не знаю почему, ранее думал ФШ выделяются в каждом канале путем перемножения гетеродина с сигналом со сдвигом 90 гр. в петле PLL. Так бы было логично с точки зрения подавления несущей и более полного использования динамики АЦП. Согласно схеме ниже, вместо PLL используется FLL, оцифровка идет на промежуточной частоте (IF), и выделение фазы с амплитудой - в цифре.

На самом деле, тестовый сигнал нигде никуда не подается, а все калибруется по ПЧ перед захватом цифровой ФАПЧ прибора внешнего сигнала.

После АЦП информация о соотношении несущей и шумов не теряется и легко вычисляется в любой момент времени, захват не мешает.

[Dr.Drew]

Там есть один момент на схеме - настройка измерения ФШ в режиме wide. Там по чутью есть проблемы из-за нее. В этом режиме отключается управление УПЧ. В режиме normal ПЧ нулевая и реализована полноценная ФАПЧ. А вот как меряют амплитудные шумы, теперь стало понятнее.

[VCO]

Где эталон фазового шума?

Пока их два: шумовой пол (дно, полка, дорожка - как хотите переводите) и шумовая модель Лисона лейкосапфира (и сам генератор на лейкосапфире, но то уже к Сергею Бельчикову).

А что можно сделать эталоном АШ? 0 Вольт и АШ лучшего ИОН на земле? Как-то и не понял. Глупые вопросы для того и задаются, чтобы мудрецов в тупик поставить (по Ульянову).

[Dr.Drew]

Его нет и быть не может. Правда, метрология всея руси меня за такое высказывание запинает. Используется банальное синхронное фазовое детектирование.

[VCO]

Используется банальное синхронное фазовое детектирование.

Детектируется это относительно чего? Базис измерения - что?
Не уж-то даже ГОЧ или ИОН не нужны совсем??? Или они есть?

[Dr.Drew]

Детектируется разность фаз между внутренним источником и входным сигналом. Честно говоря, гетеродины (или гомодины) в 5052 не сильно-то и малошумящие. Вроде минус 135 дБн/Гц на отстройке 10 кГц от несущей 1 ГГц имеют всего. Но наличие независимого второго канала и расчет взаимной статистики позволяют пробить этот порог. При достаточно длине выборок, результат измерения сходится к спектру фазовых отклонений входного сигнала.

[VCO]

Детектируется разность фаз между внутренним источником и входным сигналом. Честно говоря, гетеродины (или гомодины) в 5052 не сильно-то и малошумящие. Вроде минус 135 дБн/Гц на отстройке 10 кГц от несущей 1 ГГц имеют всего. Но наличие независимого второго канала и расчет взаимной статистики позволяют пробить этот порог. При достаточно длине выборок, результат измерения сходится к спектру фазовых отклонений входного сигнала.

Насколько я пОмню, там есть и АЦП, тоже не самый крутой, ЕМНИП 10- или 12-разрядный, и ИОН там так себе, как я понимаю. В звуковой карте вообще ничего устойчивого и опорного нет. Это тупо математика, а не метрология?

[Dr.Drew]

Там 250 MSPS АЦП вроде. Если поискать среди продуктов тех лет, то можно найти только 210 MSPS с разрядностью 10-12 бит всего. Ну и вот - такой неказистый оцифровщик и приемник меряет до минус 180 дБн/Гц на отстройке 100 кГц от несущей 100 МГц. Мои коллеги впадают в ступор от такой цифры и приходится им долго объяснять, что реально в приборе нет такой динамики, а меряет (точнее рассчитывает) с динамикой, ну может 100 дБ, спектр разницы фаз двух сигналов в дБрад/Гц, которые при малых отклонениях приравниваются к дБн/Гц.