官方微博PN9000相位噪声测试基本系统
一、PN9000相位噪声测试系统
对于各类信号源的测量，PN9000的模块化设计为选择适当的配置提供了多功能性和灵活性。
技术：
锁相环
延迟线（选件）
附加噪声（选件）
幅度噪声（选件）
插入模块选件：
内置鉴相器
低噪声内置直流调频参考信号源
稳定和自由振荡器
软件：
WPN9000：可进行文件处理的Windows软件
可选择以太网或GPIB控制
PN9000基本系统可测量2MHz至1.8GHz的稳定信号源，包括硬件和软件，但不包含参考信号源。
PN9000系统的基本功能
在开环状态下，用内置频率计数器将内置DC/FM参考源手动或自动调到DUT（被测件）的频率。DUT和参考源之间的差拍信号用来测量鉴相器的鉴相常数。
基本测试系统操作简图
根据DUT的噪声和频率稳定度调节环路带宽和调谐斜率，大多数锁相环和合成信号源在几百Hz左右。然后，闭环，参考源被锁在DUT信号上，鉴相器自动将RF/LO输入信号置于相位正交，由鉴相器输出端提供出DUT和参考源的混合噪声，位于锁相控制模块前面板的红色光标很快显示环路状态（锁相后，光标稳定的位于中间），如果参考源的相位噪声优于DUT6dB，则其对测试结果的贡献只有1dB。
具有自动增益功能的低噪声放大器（LNA）将噪声电平自动调整到置于计算机内的数据板的最佳动态范围内，快速傅氏变换计算过程在计算机内进行，并显示在显示器上，足够的环路带宽补偿可使相位噪声测量到0.01Hz的频偏。
在锁相测量中，系统本底是参考振荡器的相位噪声。
二、PN9000基本系统
1．PN9000主机箱，包括：
- PN9470噪声输出模块
- PN9451锁相控制模块
- PN9421低噪声放大器模块
- PN9330标准及高电平射频鉴相器
- PN9025电源
控制计算机包括：
-纯平液晶显示器
-数据板
-配套电缆
-操作系统，软件和操作手册
2．PN9000基本系统技术指标
频率输入范围： 2MHz至1.8GHz
频偏分析范围： 0.01Hz至1MHz
测量精确度： 频偏≤1MHz时，±2dB；频偏＞1MHz时，±3dB
参考源调谐电压：±20V（分辨率5mV）
锁相环增益： 比例和积分（DUT飘移补偿）
环路补偿： 自动（可设置或取消）
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参 数 |
标准射频鉴相器 |
高电平射频鉴相器 |
|
频率范围 GHz 射频输入最小功率dBm 射频输入最大功率dBm 本振输入最小功率dBm 本振输入最大功率dBm 射频输入增益dB 本振输入增益dB |
0.002到1.8 -20 +10 0 +10 -10，0，10，20 0，10 |
0.002到1.6 10 +20 +10 +20 无 无 |
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本底噪声 dBc/Hz 频偏 1Hz 10Hz 100Hz 1KHz 10KHz ≥100KHz 标称射频输入电平 dBm 标称本振输入电平 dBm |
-130 -140 -150 -160 -168 -168 +6 +7 |
-140 -150 -160 -170 -178 -178 +16 +17 |
指标值需在上述典型值基础上加+3dm（精确度±2dB），如果射频输入电平小于标称值，噪声本底将提高，其数值就是低于标称电平的dB数，例如：对于0 dBm射频输入，而不是+6dBm，在10KHz频偏时，系统噪声本底为：-168dBc/Hz -（-6dB）= -162dBc/Hz。
杂波电平： -110dBc
内置计数器，射频和本振接口：2MHz-2GHz
中频/拍频：0.3Hz -400KHz
外形尺寸 PN9000A：高×宽×深：13.3×38.5×68.5cm或5.25×17.72×26.97英寸
PN9000B：高×宽×深：23.6×38.5×35cm或10.47×17.72×15.16英寸
环境要求 使用：0-50℃
贮存：-40-75℃ 湿度＜95%无凝结
3．PN9000典型相位和幅度鉴别器选件的规格参数
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参数 |
微波标准 （选件） |
微波高电平（选件） |
微波9361-02（选件） |
幅度（选件） |
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频率范围 GHz 射频输入最小功率dBm 射频输入最大功率dBm 本振输入最小功率dBm 本振输入最大功率dBm 射频输入增益dB 本振输入增益dB |
1.6 -26.5 -10 +15 +7 +15 无 无 |
16 -26.5 +10 +20 +10 +23 无 无 |
5 -40 -10 +15 +7 +15 无 无 |
0.01- 26.5 -5 +15 无 无 无 无 |
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噪声本底 dBc/Hz 频偏 1Hz 10Hz 100Hz 1KHz 10KHz ≥100KHz 标称射频输入dBm 标称本振输入dBm |
-120 -130 -140 -150 -160 -168 +6 +10 |
-128 -138 -148 -158 -168 -174 +13 +20 |
-125 -135 145 -155 -168 -168 +6 +10 |
无 无 -142 -150 -160 -160 +10 无 |
三、WPN9000软件
1．选择测试方法
测试方法的选择有赖于DUT（被测件）的类型。
PLL Synth（合成源锁相法）：测试稳定信号源，参考源为合成信号源；
PLL Xtal（晶振锁相法）：测试晶振；
VCO（或Delay Line）：用于测试自由振荡信号源；
Noise voltage :测电压源的噪声电压
AM（幅度噪声）：测试信号源的幅度噪声；
ADD NOISE（附加噪声）：测试双端口器件的附加噪声；
内置连线图可帮助用户正确连接测试系统。
可进行系统设置、文件处理、鉴相器、频率范围、下变频器等等各种选择。
直接读取存贮器，可以存贮和显示10个测试曲线和参数，曲线可存为text，BMP或JPG文件在任何Windows软件中读取。
2．测试方式—手动和自动
自动测试是利用内置的专门测量技术，使用户进行测试，大部分情况只需点击一个按钮就足够了。
手动测试包括本振参考源选择、鉴相器鉴相常数测量、环路带宽和调谐因子的测量以及参考源锁相。
3．数据处理
区分噪声和杂波：杂波用dBc表达和显示
显示功能： 平滑、标准曲线、频率和电平标记、列出尖刺
数据计算： A±B，N*A，A︰N，A±N*B，A±NdB
积分功率： 以dBc，radian rms, radian2, degree rms degree2, Hz rms, Hz2表示
方差： Allan, True, Modified and Tvar
抖动： Secrms, Secpp, UIpp
快速傅氏变换/谱分析：L（f）dBc/Hz, Power dBv2/Hz, M (f) dBc/Hz
曲线打印：任何Windows支持的打印机
外接合成源驱动器：用户确定IEEE-488控制菜单就可控制大部分商用信号发生器。
四、PN9100内置低噪声DC-FM合成信号源（2MHz-4.5/18GHz）
参考信号源是进行低噪声本底高动态范围相位噪声测试的基础，事实上，由于基本系统噪声本底非常低，测试系统的噪声本底就是参考信号源在FM模式下的本底。
CW and DC FM Range 1 - SSB Noise (dBc/Hz)
|
Frequency Range, MHz |
Slope Hz/V |
1 Hz |
10 Hz |
100 Hz |
1 kHz |
10 kHz |
100 kHz |
1 MHz |
10 MHz |
|
17360-18000 |
3200 |
-30 |
-60 |
-81 |
-103 |
-105 |
-105 |
-124 |
-150 |
|
8680 - 17360 |
3200 |
- 30 |
- 60 |
- 81 |
- 106 |
- 112 |
- 112 |
- 130 |
- 150 |
|
43400 – 8680 |
1600 |
- 36 |
-662 |
- 87 |
- 112 |
- 118 |
- 118 |
- 136 |
- 156 |
|
2048 – 4340 |
800 |
- 42 |
- 72 |
- 93 |
- 118 |
- 124 |
- 124 |
- 146 |
- 162 |
|
1024 – 2048 |
400 |
- 48 |
- 78 |
- 99 |
- 124 |
- 130 |
- 130 |
- 148 |
- 152 |
|
512 – 1024 |
200 |
- 54 |
- 84 |
- 105 |
- 130 |
- 136 |
- 136 |
- 152 |
- 152 |
|
256 – 512 |
100 |
- 60 |
- 90 |
- 111 |
- 136 |
- 142 |
- 142 |
- 152 |
- 152 |
|
128 – 256 |
50 |
- 66 |
- 96 |
- 117 |
- 142 |
- 148 |
- 148 |
- 152 |
- 152 |
|
64 – 128 |
25 |
- 72 |
- 102 |
- 123 |
- 148 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
|
32 – 64 |
12.5 |
- 78 |
- 106 |
- 129 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
|
16 – 32 |
6.25 |
- 84 |
- 114 |
- 135 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
|
8 – 16 |
3.12 |
- 90 |
- 120 |
- 141 |
- 152 |
- 155 |
- 155 |
- 155 |
- |
|
4 – 8 |
1.56 |
- 96 |
- 126 |
- 147 |
- 152 |
- 155 |
- 155 |
- 155 |
- |
|
2 - 4 |
0.78 |
- 102 |
- 132 |
- 152 |
- 152 |
- 155 |
- 155 |
- |
- |
大部分商用DC/FM信号源都可用作外接参考信号源并通过PN9000软件控制。但是参考源的选择取决于被测件（DUT）的预期本底噪声。如果DUT在近载波或远离载波的噪声很低，那么要求参考源在近载波或远离载波的信号很干净。但是，大部分商用射频信号源不能在近载波和远离载波都提供很低的噪声。因此，对于不同的DUT，必须使用两个信号源，这是很不方便的，而且这样还会占用更多空间并浪费信号源许多功能。
PN9100的设计可同时在近载波或远离载波都提供很低的相位噪声，将其置于主机箱内，使系统体积小，重量轻易于移动。
倍频器选件可将频率范围扩展到9GHz和18GHz。低频段由基础频段（2.048 ~ 4.38GHz）分频获得，可以使其相位噪声低至分频器的本底噪声，在-152或-155dBc/Hz左右，这通常优于许多晶体振荡器。
DC FM Range 2 , SSB Noise (dBc/Hz)
|
Frequency Range, MHz |
Slope Hz/V |
1 Hz |
10 Hz |
100 Hz |
1 kHz |
10 KHz |
100 kHz |
1 MHz |
10 MHz |
|
4340-4500 |
16000 |
- 18 |
- 48 |
- 78 |
- 112 |
- 118 |
- 118 |
- 140 |
- 156 |
|
2048 – 4340 |
8000 |
- 24 |
- 54 |
- 84 |
- 118 |
- 124 |
- 124 |
- 142 |
- 162 |
|
1024 – 2048 |
4000 |
- 30 |
- 60 |
- 90 |
- 124 |
- 130 |
- 130 |
- 148 |
- 152 |
|
512 – 1024 |
2000 |
- 36 |
- 66 |
- 96 |
- 130 |
- 136 |
- 136 |
- 152 |
- 152 |
|
256 – 512 |
1000 |
- 42 |
- 72 |
- 102 |
- 136 |
- 142 |
- 142 |
- 152 |
- 152 |
|
128 – 256 |
500 |
- 48 |
- 78 |
- 108 |
- 142 |
- 148 |
- 148 |
- 152 |
- 152 |
|
64 – 128 |
250 |
- 54 |
- 84 |
- 114 |
- 148 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
|
32 – 64 |
125 |
- 60 |
- 90 |
- 120 |
- 148 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
|
16 – 32 |
62.5 |
- 66 |
- 96 |
- 126 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
|
8 – 16 |
31.2 |
- 72 |
- 102 |
- 132 |
- 152 |
- 155 |
- 155 |
- 155 |
- |
|
4 – 8 |
15.6 |
- 78 |
- 108 |
- 138 |
- 152 |
- 155 |
- 155 |
- 155 |
- |
|
2 - 4 |
7.8 |
- 84 |
- 114 |
- 144 |
- 152 |
- 155 |
- 155 |
- |
- |
DC FM Range 3 - SSB Noise (dBc/Hz)
|
Frequency Range, MHz |
Slope Hz/V |
1 Hz |
10 Hz |
100 Hz |
1 kHz |
10 kHz |
100 kHz |
1 MHz |
10 MHz |
|
256 – 512 |
10000 |
- 36 |
- 66 |
- 96 |
- 121 |
- 138 |
- 142 |
- 152 |
- 152 |
|
128 – 256 |
5000 |
- 42 |
- 72 |
- 102 |
- 127 |
- 144 |
- 148 |
- 152 |
- 152 |
|
64 – 128 |
2500 |
- 48 |
- 78 |
- 108 |
- 133 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
|
32 – 64 |
1250 |
- 54 |
- 84 |
- 114 |
- 140 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
|
16 – 32 |
625 |
- 60 |
- 90 |
- 120 |
- 146 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
|
8 – 16 |
312 |
- 66 |
- 96 |
- 126 |
- 152 |
- 155 |
- 155 |
- 155 |
- |
|
4 – 8 |
156 |
- 72 |
- 102 |
- 132 |
- 152 |
- 155 |
- 155 |
- 155 |
- |
|
2 - 4 |
78 |
- 78 |
- 108 |
- 138 |
- 152 |
- 155 |
- 155 |
- |
- |
DC FM Range 4 , SSB Noise (dBc/Hz)
|
Frequency Range, MHz |
Slope kHz/V |
1 Hz |
10 Hz |
100 Hz |
1 kHz |
10 kHz |
100 kHz |
1 MHz |
10 MHz |
|
16 – 32 |
6.25 |
-50 |
-80 |
-110 |
- 135 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
- 152 |
|
8 – 16 |
3.12 |
-56 |
-86 |
-116 |
- 141 |
- 155 |
- 155 |
- 155 |
- |
|
4 – 8 |
1.56 |
-62 |
-92 |
-122 |
- 147 |
- 155 |
- 155 |
- 155 |
- |
|
2 - 4 |
0.78 |
-68 |
-98 |
-128 |
- 152 |
- 155 |
- 155 |
- 155 |
- |
PN9100技术指标
频率范围： 2.0MHz-4.5GHz
2.0MHz-9.0GHz（加PN9151选件）
2.0MHz-18GHz （加PN9151和PN9152选件）
输出电平： +13dBm±2dB
频率分辨率： 1Hz（＜1024 MHz）
2Hz（1024 -2048MHz）
4Hz（2048 - 4500MHz）
8Hz（4.5 - 9.0GHz）
16Hz (9.0 - 18GHz)
次谐波： -90dBc（≤1024MHz）
-30dBc（＞1024MHz）
非谐波： -80dBc（≤1024MHz）
每增加上述一个频段，增加6dB
FM模式：
设计的DC-FM振荡器对输出信号的噪声的贡献降到了最低。在FM 1调频段用于干净的稳定源测试，根本就对相位噪声没有贡献，在其它调频范围，随调谐范围增大，相位噪声相应增大，特别是在近载波处。
调频范围：
有四个调频范围（FM1，FM2，FM3，FM4），可根据DUT噪声和相位或频率抖动情况选择。FM1调频范围内的相位噪声与CW模式相近，使得PN9100成为测量任何稳定信号源相位噪声的理想参考源。
表中表示出每个调频范围内的调谐因子和SSB相位噪声， 输入电压范围为±5V，这样频率调谐范围就是调谐因子的10倍。选择了调频范围，调频数值就会自动设置并转化成环路参数。
所有数值都是典型值，指标值要加+3dB。
PN9100由以下几部分组成：位于主机箱背面的三个模块、位于主机箱前面的PN9100输出模块和PN9211时基模块。