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是德科技 在PXA信号分析仪中 使用本底噪声扩展技术 应用指南 是德科技的本底噪声扩展技术可将分析仪的本 底噪声降低 12dB,使其能够显示某些以前隐藏 的信号,并更精确地测量其他信号.

02 1. 概览 图1.连续波(CW)信号的测量结果包括出现在分辨率带宽中的信号功率和分析仪自身噪声部分 的功率.当被测信号接近分析仪的本底噪声时,信号的幅度和显示信噪比均会受到影响. 动态范围是衡量频谱分析仪性能的核 心指标. 它可以极大地影响诸如精度、 测量速度等其他核心衡量指标.频谱 分析仪有多种动态范围测量方法,大 部分都需要测量噪声,特别是分析仪 自身生成的噪声.通过降低分析仪本 底噪声的影响,可以有效地改善动态 范围及测量质量. 多数频谱分析仪用户都知道,任何 接近分析仪显示噪声电平(20dB 以内)的测量都会受到噪声的影响.分 析仪的噪声会加在显示的被测信号功 率上,使得平均来说测量结果比真实 值偏高,如图1所示. 分析仪的噪声还时常增大测量结果的 方差或 波动 .有些用户或许认 为,除非是在分析仪本底噪声附近

5 至10dB 的范围内进行测量,否则分 析仪噪声引起的误差是微不足道的. 但是如今频谱分析仪的高精度可以让 这种额外噪声误差表现得非常明显, 即使在信噪比较高的时候也不例外. 处理这些问题的典型方法是降低分析 仪的分辨率带宽(RBW),以减少它对 噪声的影响,另外考虑一些求平均 值的方法,例如 VBW 下降、迹线均 值,或使用平均值检波器来缩小测量 方差. RBW下降可以产生一定效果, 但也会极大降低测量速度 ;

如果目标 是测量信号的噪声电平,那么它不能 解决这一问题.这是因为降低 RBW 也会降低信号的显示噪声电平及分析 仪的显示平均噪声电平(DANL). 降低衰减可以提高测量的信噪比(SNR),但是衰减接近或达到 0dB 时 会使源匹配变差( 输入信号更加直接 地与分析仪的首个混频器相连,而它 不是一个理想的 50Ω器件 )以及幅度 精度下降.由于有可能出现过量的信 号功率( 包括瞬时功率 ) 导致器件损 坏,因此降低衰减还会危及到分析仪 的输入混频器. 添加前置放大器可以改善 SNR,但 是如果大信号与被测小信号同时出 现,那么它可能会增加分析仪的失真 产物.前置放大器的失真产物很难与 被测信号相分离. 虽然通过设计适合的硬件和选择恰当 的元器件可以降低分析仪的固有本 底噪声进而显著改善动态范围,但是 在实际应用中仍存在着一些限制.除 此之外还有一种方法可显著改善动态 范围,通过全面的信号处理和其他 技术创新,可对信号分析仪中的噪 声功率进行建模并将其从测量结果 中删除, 从而降低有效噪声电平. 在KeysightPXA 信号分析仪中,这项 操作被称为本底噪声扩展(NFE).本 应用指南将会对本底噪声扩展技术、 它的优势以及在实际应用中的考虑因 素等问题进行详细说明. 显示信号 实际信噪比 连续波信号 显示的信噪比 幅度和频率轴扩展

03 目录 1.概览.2 2.NFE和噪声删减或噪声校正.4 3.NFE的一般性限制和折中.5 4.使用NFE.5 4.1针对每种信号和测量类型选择最佳的检波器和平均值计算过程.5 4.1.1连续波信号.6 4.1.2噪声和类噪信号(含数字调制)6 4.1.3脉冲-射频信号.6 4.2接近kTB本底噪声理论值的测量.8 5.不同信号类型的NFE效果.9 5.1幅度包络随时间的变化.9 5.2连续波信号:适度改善.10 5.3类噪信号:显著改善.10 5.4脉冲-射频信号:较大改善.11 6.分析仪本底噪声建模.12 6.1低频段:无源外差部分.12 6.2前置放大器本底噪声.13 6.3高频段.13 7.删减噪声.14 8.对数和电压平均方式.15 9.偏置检波器.15 10.总结.15