當今，高速半導體技術（例如，RF- CMOS、GaN 和 SiGe）的發展正在將應用頻率上限推得越來越高，一直達到微波和毫米波范圍。隨著新型商業市場應用的要求（例如，汽車雷達、超寬帶通信鏈路和無線 LAN/PAN，以及傳統的航空航天和國防應用）變得更為嚴格，描述信號源的相位噪聲特征比過去變得更為重要。

此外，在盡可能多地測試微波信號源的參數時，希望有一種簡單且具有成本效益的方法來評估相位噪聲。

Keysight E5052B 信號源分析儀 （SSA）以及 E5053A 微波下變頻器具有高達 26.5 GHz 的擴展頻率范圍。

如圖1所示，利用 E5053A 微波下變頻器，E5052B 信號源分析儀（10 MHz 至 7 GHz ） 中可供使用的所有六個基本功能現在都可以在高達 26.5 GHz的頻率范圍內使用。利用是德科技或第三方提供的外部諧波混頻器，相位噪聲測量功能可被擴展到 100 GHz。

圖1. E5052B 信號源分析儀的六個基本功能

E5052B 信號源分析儀 在微波載波頻率處提供了出色的相位噪聲靈敏度。在 NormaI 采集模式下，相位噪聲分析的最大頻率偏移范圍為 1 Hz 至100 MHz， 在Wide采集模式為40 MHz。Wide 采集模式對于測量漂移程度較大的振蕩器非常有用。

在圖2中，所示測量結果為 21.55 GHz。可以看到 E5052B 和 E5053A 可以測試 21.55 GHz 微波信號或43.10 GHz 等效時鐘頻率的亞皮秒級抖動（相位噪聲）。圖3中示出微波頻率的典型本底相位噪聲。

圖2. E5053A 微波下變頻器測量的 21.55 GHz抖動

圖3. E5053A 微波下變頻器系統本底相位噪聲

與傳統的直接頻率分析儀方法或者傳統的 PLL 方法相比，E5052B 信號源分析儀 測量相位噪聲的速度非常快。例如，在 1 kHz 至 100 MHz 偏移頻率范圍內，該測量處理能力僅需不到半秒的時間，在1 Hz 至 100 MHz 偏移頻率范圍內，僅需大約13秒。由于使用了采樣率為 250 MSps 的100 MHz 實時基帶分析儀，這一級別的相位噪聲測量處理能力比傳統方法快10倍以上。

在低相位噪聲測量中，E5052B 信號源分析儀 的雙通道互相關技術（隨機噪聲消除技術）最多可以將本底噪聲降低 20 dB （取決于相關的次數）。盡管提高相關次數會導致測量時間變長，但總測量時間仍然保持在如圖 4 所示的合理范圍內。在圖 5 中給出了使用互相關技術所獲得的降噪效果（降噪比）。

圖4. 相關次數和PN測量時間的變化關系

對于微波頻率的靜默（非常低的相位噪聲）信號源，E5052B 和 E5053A 通常采用前面提及的互相關技術，可以在 Normal 采集模式（ PLL 方法）中提供出色的靈敏度和極低的本底噪聲。

但是，我們有時必須多少描述一下有噪聲的振蕩器的特征，這些振蕩器在微波或毫米波范圍內經常伴隨著漂移或游移。對于 400 MHz 以上的信號源，由于 PLL 方法在系統響應帶寬和相位檢測器工作方面存在局限性，所以不能采集一個含有噪聲的信號，所以 E5052B 可以在 Wide采集模式下提供一種替代相位噪聲測量方法，被稱作“外差式數字鑒相器方法”。

圖5. 相關次數和降低噪比之間的關系

盡管在Wide采集模式中，最大偏移頻率范圍被限制為 40 MH（而不是 Normal 采集模式的100 MHz）， 但在更高相位噪聲測量范圍內可以實現大約 10 dB 到 30 dB 的擴展。在描述一個自由振蕩的壓控振蕩器時，這一特征顯示出很明顯的優點。圖 6 中所顯示的測量實例顯示了NormaI 模式中的“系統 PLL 未鎖定”警告，它表示一個 Wide 采集模式中的有噪聲的 24 GHz 信號源的正確結果。

除了測量調幅噪聲（ AM 噪聲 ），E5052B 和 E5053A 還可以準確地測量功率和頻率，而不需要在射頻輸入端進行重新連接。圖 7 給出了在 24 GHz 所得測量結果的另一個實例。

圖6. 24 GHz 有噪聲信號源測量

圖7. 24 GHz PM 和 AM 噪聲

圖8顯示了E5053A/E5052B的一個簡化方框圖，以及根據測量模式，在幾個參考信號之中的關系。注意，”參考信號2”對于PN和頻率測量準確性發揮著關鍵作用。適當的“參考信號”連接對于保持測量可重復性和穩定性非常重要。

圖8 。 E5053A+E5052B的內部參考信號連接圖

由于 E5052B 和 E5053A 被設計為使用兩個獨立路徑（信號通道）實現從射頻到中頻的下變頻，所以可以很容易地將相位噪聲測量擴展到 26.5 GHz以上的毫米波。功率分配器（功分器）和一對外部諧波混頻器可以被添加到如圖 9 所示的 E5053A，以利用高達110 GHz 的互相關方法。E5052B 中安裝的“毫米波應用程序”軟件可以幫助設定本機振蕩器的頻率。

Keysight E5052B 信號源分析儀被設計用于精確測試微波和毫米波頻率的相位噪聲。通過利用互相關（隨機噪聲消除）技術、外差式數字鑒相器方，以及采樣率為 250 MHz 采樣率的低噪聲 100 MHz 實時基帶分析義，實現了極高的相位噪聲靈敏度和很寬的動態范圍，而且操作非常簡單。

E5052B 的相位噪聲測量性能：對自由振蕩 VCO 參數的信號源表征的描述，以及瞬態響應參數測試能力，在微波組件評估中提供了最精確和最可靠的測量結果。

圖9. 帶有外部諧波混頻器的毫米波應用程序
編輯：hfy