SSA5000Aの位相雑音解析機能の使用方法
1. はじめに
多くの電子機器やRF機器では、安定した周波数ソースが必要とされています。位相雑音は、これらの周波数ソースの短期的な周波数安定性を評価するために使用されます。本ドキュメントでは、Siglent SSA5000Aスペクトラムアナライザの位相雑音解析機能の使用方法を簡単に説明します。
2. 典型的な位相雑音測定方法
スペクトラムアナライザのスペクトラム解析モードを使用することが、位相雑音を測定する最も一般的で直接的かつ広く使用されている方法です（図2-1参照）。まず、キャリア電力(Pc)をdBmで測定します。次に、デルタマーカーモードを使用してマーカーをキャリアから特定の周波数オフセット、つまり位相雑音のサイドバンドに設定します。そのオフセットでの1 Hz帯域幅の雑音電力(Pn)を測定します。スペクトラムアナライザの分解能帯域幅(RBW)を1 Hzに設定してスキャンすると時間がかかるため、ノイズマーカ機能を使用して、RBWフィルタで測定されたノイズを1 Hz帯域幅に正規化できます。正規化後、ノイズのパワーはNdBだけ減少し、N=10*log(RBW/Hz)で計算されます。多くの場合、キャリアから異なるオフセットでプロセスを繰り返して位相雑音を測定する必要があります。
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図2-1 典型的な位相雑音測定方法
3. 位相雑音解析機能
実際の測定では、キャリア周波数を特定した後に異なる周波数オフセットで測定を繰り返すのは煩雑です。SSA5000Aは自動測定方法を提供しています。
電源を入れた後、左上のスペクトラムアナライザをクリックしてウィンドウ管理ページに移動し、「Phase Noise > Log Plot」をクリックして位相雑音解析用のウィンドウを追加すると、スペクトラムアナライザが位相雑音測定モードで動作します。
位相雑音解析の操作インターフェースは、スペクトラム解析と類似しており、以下のように示されます：
- モード/測定：現在の動作モードとアナライザの測定機能を示し、クリックして切り替えます。
- 機器設定：トレース、インターフェース、スイープ、トリガーなどの主要な動作状態を示します。
- 測定結果：波形、スペクトル線、カーソル、テーブル、統計、コンステレーション図など、様々な形式でアナライザの信号測定結果を表示します。
- スイープパラメータ：周波数、分解能、スキャン時間などの主要なスイープパラメータを示し、制御します。
- メニュー：アナライザのパラメータ設定を完了します。
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図3-1 位相雑音解析機能の操作インターフェース
3.1 周波数設定
- キャリア周波数：キャリアの周波数を設定します。
- オートチューン：スペクトラムアナライザはキャリア周波数を自動で特定し、オフセットを設定します。
- 開始オフセット：キャリア周波数からの最小オフセット。
- 終了オフセット：キャリア周波数からの最大オフセット。
設定完了後、スペクトラムアナライザが測定プロセスを自動化し、定義された周波数オフセット範囲内で測定を繰り返します。
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図3-2 周波数設定
3.2 信号追跡設定
- スパン：入力ソースが常に安定しているわけではないため、周波数偏差が生じ、測定結果が偏る可能性があります。この機能は指定範囲内で周波数偏差を追跡し、周波数偏差の影響を最小限に抑えます。
3.3 測定結果の参照
指定された周波数オフセット範囲内で測定された片側帯域の位相雑音は図3-2に示されています。図では、オフセット範囲は100 Hzから1 MHzまでです。水平軸には対数スケールが使用されており、これによりキャリア近傍でより広い周波数範囲とより細かい分解能を同時に得ることが可能です。小さなオフセットほど信号の品質をよりよく反映します。
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図3-3 測定結果
図3-2では、トレース1が元のデータで、トレース2が平滑化された片側帯域位相雑音です。
4. SSA5000Aの位相雑音機能の利点
4.1 より低い表示平均雑音レベル
スペクトラムアナライザで位相雑音を測定する際、キャリア電力とキャリアの異なるオフセットでの雑音電力から位相雑音が計算されます。測定される雑音電力は通常小さく、スペクトラムアナライザの表示平均雑音レベル(DANL)により位相雑音が隠れないようにするため、非常に低いDANLが必要です。SSA5000AのDANLは-165 dBm/Hz未満であり、DANLとスペクトラムアナライザの位相雑音に基づいて入力信号の振幅が適切かどうか、測定が正しいかを評価できます。
4.2 小さな分解能帯域幅
キャリアからの非常に小さなオフセットで位相雑音を測定する際には、スペクトラムアナライザの性能が非常に重要です。RBWフィルタでキャリア電力と雑音電力を測定するのを避けるため、非常に狭い分解能帯域幅が必要です。SSA5000Aの最小分解能帯域幅は1 Hzで、位相雑音測定機能の開始周波数オフセットも1 Hzに設定できます。
4.3 より低い位相雑音
スペクトラムアナライザの位相雑音も測定に影響を与える可能性があります。通常、スペクトラムアナライザには複数のローカルオシレータ(LO)があります。テスト中にスペクトラムアナライザのオシレータには独自の位相雑音があり、アナライザの異なる段階で測定信号の位相雑音に加わります。
そのため、位相雑音を測定する際、元の信号の位相雑音と機器によって追加された位相雑音を区別する必要があります。最も簡単な方法は、スペクトラムアナライザの位相雑音仕様が被測定デバイス(DUT)よりもはるかに優れていることを確認することです。SiglentのSSA5000Aは、10kHzオフセットで-105 dBc/Hz@1GHz以下の位相雑音を持ち、多くの測定要件に対応しています。