Kombination aus Spektrumanalysator und Phasenrauschmessplatz vereinfacht Charakterisierung von Signalquellen bis 110 GHz
Phasenrauschmessungen präzise im Griff
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Bild 3
Für eine unverfälschte Phasenrauschmessung an Oszillatoren ist es notwendig, dass die interne Referenz ein im Vergleich zum DUT vernachlässigbares Phasenrauschen aufweist. Die interne Quelle des R&S FSUP besitzt für diese Anwendung hervorragende Phasenrauschwerte. Wird eine noch höhere Empfindlichkeit benötigt, bietet der R&S FSUP auch die Möglichkeit der Kreuzkorrelation ().
Um Signalquellen vollständig zu charakterisieren, ist nicht nur die Messung des Phasenrauschens von Bedeutung. Weitere wichtige Parameter sind z.B. Einschwing- oder Schaltvorgänge, die der Signalquellenanalysator wie ein AM/FM/PM-Demodulator breitbandig auflösen kann, oder die Erfassung von Oszillatorkennlinien, wozu das Gerät geeignete DC-Quellen zur Verfügung stellt.
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Messgeräte-Kategorie „Signalquellenanalysator“
In allen Industrie- und Forschungszweigen, in denen HF-Technik Anwendung findet, ist die Bestimmung des Phasenrauschens von Oszillatoren eine der wichtigsten Messungen. Entsprechend vielfältig sind auch die Oszillatortypen, die vermessen werden müssen: VCOs, DROs, XCOs, YIG-Oszillatoren etc. Zur vollständigen Charakterisierung von Signalquellen sind neben dem Phasenrauschen weitere Parameter wie Nachbarkanalleistung, Störaussendung, Einschwingverhalten usw. von Bedeutung, wozu ein Spektrumanalysator benötigt wird. Eine neue Messgeräte-Kategorie, der Signalquellenanalysator, repräsentiert durch das Modell FSUP von Rohde & Schwarz, bietet diese Kombination aus Spektrumanalysator und Phasenrauschmessplatz, und zwar mit Arbeitsfrequenzen bis 50 GHz (110 GHz mit externen Mischern), so dass der Anwender nur noch ein Instrument benötigt.
Autor
Dr. Wolfgang Wendler
studierte von 1986 bis 1992 Physik an der Universität Bayreuth, wo er auch promovierte. Nach Stationen als Entwicklungsingenieur für Hochfrequenztechnik bei Temic Semiconductor GmbH in Heilbronn und als Prozessingenieur bei Loewe Opta GmbH in Kronach, kam er 2004 zu Rohde & Schwarz. Dort arbeitet er als Produktmanager für Spektrumanalysatoren.
customersupport@rsd.rohde-schwarz.com
Beim Start erfasst eine Vormessung alle wichtigen Oszillatorparameter wie z.B. Leistung und Abstimmsteilheit. Das Gerät wählt anschließend die für die Messung optimalen Parameter automatisch aus. Je nach Eingangsfrequenz nutzt der Signalquellenanaly-sator auch Frequenzvervielfacher, um die interne Referenz im optimalen Bereich zu betreiben. Die gesetzten Parameter kann der Anwender aber auch ändern.
Zusammen mit anderen Messparametern wie Bandbreite, Filtertyp und Anzahl der Mittelungen ist auch der Offsetfrequenzbereich für die Phasenrauschmessung komfortabel konfigurierbar. Der Menüaufbau gleicht dem der Applikations-Firmware mit Namen FS-K40 und macht die Bedienung – vor allem den Wechsel zwischen verschiedenen Messmodi – für den Anwender praxisgerecht einfach. Vordefinierte Einstellungen für schnelle oder besonders stabile Messungen erleichtern die Handhabung zusätzlich.
Speziell bei der Untersuchung von Störlinien hat der Anwender nun die Wahl. Mit Hilfe eines effizienten Algorithmus kann er während der Messung alle Störlinien betrachten, die beispielsweise durch Netzfrequenzstörungen oder die Phasendetektorfrequenz verursacht werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, bestimmte, klar definierte Störlinien herauszurechnen oder zu unterdrücken. Integrale Parameter wie Residual FM/PM oder RMS-Jitter werden ebenfalls angezeigt. Die Berechnung bezieht den gesamten Messbereich ein; die Integrationsgrenzen kann der Anwender auch selbst definieren.
Die Signale am DUT (Device Under Test) und an der Referenzquelle werden durch folgende Gleichung beschrieben:
mit:
fDUT, fRef: Frequenz des DUT oder des Referenzoszillators
UDUT, URef: Ausgangsspannung des DUT oder des Referenzoszillators
ADUT, ARef: Spannungsamplitude
Δ φ(t): Phasenrauschen
Am Ausgang des Mischers bekommt man nach dem Tiefpassfilter die Spannung UIF(t):
Werden DUT und Referenz mit der gleichen Frequenz betrieben, ergibt sich somit am Ausgang des Mischers ein Signal, das bei kleinen Amplituden direkt proportional zum Phasenrauschen ist, wie aus folgender Formel ersichtlich ist:
- Phasenrauschmessungen präzise im Griff
- Bild 3
- Phasenrauschmessungen präzise im Griff
- L(f<sub>m</sub>)
