脉冲调制信号相位噪声测试

脉冲调制信号相位噪声测试方法安捷伦科技有限公司技术指南相位噪声参数是评估连续波信号频率短期稳定度的重要指标，相位噪声性能的好坏会对电子系统的整体性能有重要影响，例如雷达系统的作用距离，目标分辨率，数字通信系统的误码率等都和系统频率源的相位噪声有关。

在雷达系统和TDMA系统中，发射的信号都为脉冲形式的突发信号，测试中需要在系统的工作状态下进行频率源性能测试，这就要求在脉冲调制状态下测试频率源输出信号的相位噪声。

当信号被脉冲调制后，信号的功率谱特性会发生变化，图1为典型的脉冲调制信号的功率谱，频谱特性为按脉冲重复频率（PRF）为等间隔的离散频谱，频谱形状为sinx/x辛格函数包络，频谱包络的过零点位置为脉冲宽度的倒数（1/τ）。

脉冲调制后信号的相位噪声的频域特性同样会发生变化。

图1：脉冲调制信号功率谱特性连续波信号相位噪声反映在频谱上为偏离载波频率的噪声边带，通过单边带相位噪声指标（SSB phase noise）能对该参数进行定量描述。

当信号被脉冲调制后，载波的相位噪声边带会和重复频率位置的频谱成份噪声边带发生混叠，整个噪声边带的功率分布还会受到脉冲调制信号功率谱的sinx/x辛格函数的影响。

脉冲调制信号的频谱特性能决定了脉冲调制信号相位噪声测试时，最大测试频偏需范围需要小于脉冲重复频率一半，超过这个范围会受调制边带噪声的影响。

脉冲重复频率连续波信号相位噪声频谱特性脉冲调制信号相位噪声频谱特性图2：脉冲调制信号相位噪声频谱特性连续波信号相位噪声时域特性脉冲调制信号相位噪声时域特性图3：脉冲调制信号相位噪声的时域特性相对连续波形式点频信号相位噪声测试，脉冲调制形式的信号相位噪声测试需要测试仪表具备相应的能力来完成测试，针对脉冲调制信号相位噪声的测试要求，工程上可以采用鉴相法和频谱分析仪测试方法来测试脉冲调制信号的相位噪声。

这两种方法测试原理不同，可以适应不同类型和脉冲参数的被测试频率源的测试要求。

表格1给出这两种脉冲调制信号相位噪声测试方法的技术特点说明。

表1：脉冲调制信号相位噪声测试方法脉冲相噪测试方法 测试方法说明 技术特点 典型的测试参数范围鉴相法测试法1：使用参考信号源和被测频率源进行鉴相处理，对鉴相器输出的相位误差电压进行频谱分析。

2：测试系统对脉冲形式鉴相输出进行滤波，低噪声放大和频谱分析，得到相位噪声参数。

3：测试系统需要具备高性能参考源，频率锁定，同步脉冲调制等功能。

1：测试灵敏度高 2：相位噪声灵敏度受信号脉冲占空比影响。

3：最大测试频偏受脉冲重复频率的影响。

最大频偏小于脉冲重复频率的一半。

占空比：2%脉冲重复频率：50kHz 脉冲宽度：1us 测试频偏范围： 0.1Hz~脉冲重频/2频谱仪测试法1：使用频谱仪时间门功能对脉冲调制信号进行选时频谱测试。

2：频谱仪RBW>2/脉冲宽度 3：频谱仪的时间门处理功能，得到脉冲调制信号脉内时间区域信号的频谱，通过功率比值测量得到相位噪声参数。

1：测试方便2：测试最小频偏受信号脉冲宽度影响。

最小频偏需大于脉冲信号频谱主瓣宽度：（2/脉冲宽度）。

3：相位噪声测试灵敏度受频谱本振相噪和中频滤波器频响影响。

脉冲宽度：1ms 最小测试频偏：大于1kHz1：鉴相法测试脉冲调制信号相位噪声技术说明Agilent E5505A 相位噪声测试系统具备灵活的配置结构和完整的信号相位噪声相关参数的测试能力，能满足不同类型频率源的相位噪声相关参数的测试应用要求。

针对脉冲调制形式相位噪声测试应用，E5505A 相位噪声测试系统能提供两个方面的测试功能。

测试功能技术说明脉冲调制信号绝对相位噪声测试 测试脉冲调制形式信号载波的相位噪声性能。

被测件为单端口的发射机或脉冲调制处理后的频率源。

脉冲器件寄生相位噪声测试测试脉冲器件在工作状态对输入信号相位噪声的恶化。

被测试件为双端口电路或系统，例如：功率放大器等。

Agilent E5505A 相位噪声测试系统测试应用1：脉冲调制信号绝对相位噪声测试PSG/E8663B 参考信号源采集卡系统连接到计算机AD 采集卡E5505A 系统连接到示波器和计数器锁相环压控电压E5505A 测试系统连接关系信号源外脉冲调制接口E5505A相位噪声测试系统包含参考信号源，鉴相测试装置，微波下变频器，频谱仪，计数器，测试计算机等部份。

在脉冲调制信号相位噪声测试中，特别是在小脉冲占空比状态下，需要对被测信号源和参考信号源进行脉冲同步调制，以消除鉴相输出中的直流偏置对测试系统的影响。

可以使用脉冲发生器对被测源和参考源进行同步脉冲调制。

Agilent PSG和E8663B高性能信号源都支持外脉冲调制功能（Ext Pulse）。

也可使用被测频率源中的脉冲控制信号进行控制，如果被测源和参考源源的时间延迟较大，可以设置参考源工作于内脉冲外触发状态（Int Triggered），然后通过调整参考源脉冲触发的延迟来实现。

脉冲调制信号绝对相位噪声测试举例：被测试信号参数：测试频率：10GHz，脉冲重复周期：50kHz, 脉冲宽度：1us,信号峰值功率：13dBm测试步骤1：步骤1：测试频率确定为提提高脉冲调制信号相位噪声的测试速度和精度，可以先对连续波形式的被测信号进行相位噪声测试，一方面可以比较连续波状态和脉冲调制状态下信号相位噪声的变化，另外可以让测试系统精确地确定参考信号源的中心频率和其它校准参数，这些参数的设定可以提高脉冲状态下系统的测试速度和测试精度。

E5505A相位噪声测试系统软件设置界面对于频率超过1.6GHz的微波信号测试，需要设值的还包含：鉴相方式和变频设值。

鉴相方式可以选择为通过变频后进行鉴相(Down Converter)和微波直接鉴相（Test Set），推荐使用变频后鉴相。

如果选择变频后鉴相方法，还需要在Downconverter 菜单中设置载波频率（Input）。

连续波相位噪声测试的参考源设置于程控模式连续波测试状态下，参考源设置于系统程控模式下，参考源的中心频率，输出功率，调制参数等都由E5505A 系统软件进行设置。

步骤2：测试功率确定，鉴相常数和压控增益参数确定鉴相法测试相位噪声，测试系统的相位噪声测试灵敏度和被测信号功率有关，建议测试系统功率控制在10dBm ～20dBm 。

在连续波测试过程中，E5505A 系统会校准鉴相系统的鉴相常数（phase detector Constant ）。

该参数可以作为脉冲状态下鉴相常数的参考设置。

在连续波测试状态下，需要确定的重要参考还有参考源的压控灵敏度（VCO Tuning Parameter ），该参数会影响测试系统的频率锁定范围和相位噪声测试灵敏度（参考设值为1kHz/V 0）。

在保证锁定状态下，设值变小会提高相位噪声测试灵敏度。

该参数也要作为脉冲状态下相位噪声测试的参考。

连续波测试模式下测试参数通过仪表测试得到连续波状态相位噪声测试时，鉴相常数和参考源压控增益参数的校准都可设置为系统测试，如上图中E5505A菜单界面的设置显示。

步骤3：脉冲调制信号相位噪声测试在E5505A测试系统的设置界面上对测试参数进行设置。

首先设置测试类型和测试频偏范围。

Measurement: Absolute Phase noise( using a phase locked loop)Offset frequency range: start:10Hz, Stop:20kHz（需小于脉冲重复频率的1/2）Quality: Normal脉冲调制信号相位噪声测试的频偏范围设置脉冲调制状态下参考源工作于脉冲调制（Pulse Modulation）和调频（FM）复合调制方式下。

脉冲调制工作状态可以保证参考源和被测源保持同步脉冲调制，调频工作状态可以保证参考源和被测源的频率锁定，从而保证鉴相处理结果的正确性。

脉冲调制状态下，参考源控制模式应该设置为手动（manual）。

可以手动设置参考源的参考信号源调制参数设置：1、输出频率：和连续波测试状态相同2、输出功率：13dBm(和连续波测试状态相同)3、脉冲调制功能设置：调制打开(Pulse： On)，脉冲调制源：外部（Ext Pulse）4、调频功能设置：调制打开（FM:On），调制源：外部（Ext1），调频频偏：1kHz (和连续波状态相同)5、控制方式：本地（Local）脉冲相位噪声测试参考源参数设置E5505A的校准参数包含鉴相常数和参考源压控灵敏度，脉冲调制信号测试状态下鉴相常数可以选择为系统测量（Measure Phase detector constant），或手动设置（use current phase detector constant），手动设值的依据为：脉冲调制状态鉴相常数＝连续波状态鉴相常数×脉冲占空比例如连续波信号功率＝13dBm连续波状态测试过程中，系统校准得到的连续波状态鉴相常数＝300mv/Rad脉冲信号占空比＝10％脉冲状态下鉴相常数＝300×10％＝30mv/Rad。

脉冲调制状态下相位噪声测试，参考源压控增益参数设置为手动设值模式（Calculate from expected）。

具体设值和连续波状态相同。

脉冲调制状态下，E5505A测试系统中鉴相装置Test Set设置需要注意以下几点：低通滤波器设置于手动状态，将自动设置关闭，滤波器带宽根据脉冲调制频率设置。

设置于小于脉冲重复频率的1/2数值，或接近该数值。

Ignore out of lock cond设置开启Pulse Carrier：设置开启以上设置完成后就可启动脉冲调制信号相位噪声测试，测试中测试软件会提示仪表和被测设备的连接关系和其它测试步骤，当显示频率锁定提示时，只需选择继续(Continue)按键就可。

测试过程中可以使用示波器对鉴相误差电压信号进行监测，在频率锁定状态下，鉴相电压应该为平均电压为0V的噪声信号特性，当脉冲调制信号的脉冲重复周期比较小时，会鉴相误差电压中会出现脉冲重复频率的馈通泄露，在单边带相位噪声的测试结果中反映为频偏位置上的离散杂波。

脉冲调制信号相位噪声测试（载波频率：10GHz，脉冲宽度：1us，脉冲周期：20us）测试应用2：脉冲器件寄生相位噪声测试脉冲器件寄生相位噪声测试是评估双端口器件对输入信号相位噪声的恶化，典型的被测脉冲器件包含：行波管放大器，固态功率放大器，混频器等。

测试系统的组成如图所示。

测试中只需要一个激励信号源，信号源输出的脉冲调制信号首先通过功分器进行分路的处理，信号1输入到被测器件中作为激励，信号2作为参考。

信号通过被测件后会叠加器件的寄生相位噪声，通过将被测件输出信号和参考进行鉴相处理可以得到器件的寄生相位噪声参数，测试系统需要建立这两个信号的相位正交关系。