广东相位噪声分析仪有哪些厂家 广东相位噪声分析仪有哪些公司

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频谱仪与示波器有什么区别?

从实时带宽、动态范围、灵敏度和功率测量准确度四个方面比较了示波器和频谱仪的分析性能指标的区别。

1 实时带宽

对于示波器来说，带宽通常是其测量频率范围。而频谱仪则有中频带宽、分辨带宽等带宽定义。这里，我们以能对信号进行实时分析的实时带宽作为讨论对象。

对于频谱仪来说，末级模拟中频的带宽通常可以作为其信号分析的实时带宽，大多数的频谱分析的实时带宽只有几兆赫兹，通常较宽的实时带宽通常为几十兆赫兹，当然目前带宽最宽的FSW频谱仪可以达到500兆赫兹。而示波器的实时带宽为其实时取样的有效模拟带宽，一般为数百兆赫兹，高的可达数千兆赫兹。

这里需要指出的是，大多数的示波器在垂直刻度设置不同时，其实时带宽可能并不一致，在垂直刻度设置到最灵敏时，其实时带宽通常会下降。

从实时带宽来说，示波器普遍优于频谱仪，这对于某些超宽带信号分析尤其有好处，特别是在调制分析上有着无可比拟的优势。

2 动态范围

动态范围指标因其定义不同而有所不同，很多情况下，动态范围被描述为仪器测量最大信号和最小信号的电平差值。当改变测量设置时，仪器测量大信号和小信号的能力是不一样的，例如频谱分析仪在衰减设置不一样的情况下，其测量大信号所带来的失真是不一样的。在这里，我们讨论仪器能够同时测量大小信号的能力，即在不改变任何测量设置的情况下，示波器和频谱仪在合适设置情况下的最佳动态范围。

对于频谱仪来说，在不考虑相位噪声等近端噪声和杂散情况下，平均噪声电平、二阶失真、三阶失真是制约动态范围的最主要因素，以主流频谱仪的技术指标计算，其理想动态范围约为90dB（受二阶失真限制）。

大多数的示波器由于受其AD有效取样位数和噪声底的限制，传统示波器的理想动态范围通常不超过50dB。(对于R&S RTO示波器,在100KHz RBW时,其动态范围可高达86dB)

从动态范围来看，频谱仪要优于示波器。但这里要指出的是，这对于常在信号的频谱分析来说确实如此，然而示波器的频谱是同一帧数据，频谱仪的频谱大多数情况下都不是同一帧数据，因而对于瞬变信号来说，频谱仪可能无法测量到。而示波器发现瞬变信号（信号满足动态范围的情况下）的概率要大得多。

3灵敏度

这里讨论的灵敏度，是指示波器和频谱仪所能测试到最小信号的水平。这个指标与仪器设置紧密相关。

对于示波器而言，示波器在Y轴设置至最灵敏档时，通常为1mV/div时示波器所能测试到最小信号，抛开端口不匹配等因素来看，示波器的信号通道产生的噪声以及轨迹不稳定带来的噪声是制约示波器灵敏度的最重要因素。

从图一中我们可以看出，因为采样点数的增加，频谱噪声底可以下降到比较理想的程度。然而，当在时域已经无法清晰准确的再现信号时，在频域就产生了非常多的杂波，这就限制了我们观测小信号的能力。

图1 受噪声影响的的灵敏度限制

大多数示波器与图一所示一样，能够稳定测量0.2mV的信号，对应到频域，这相当于-60dBm的水平。事实上，示波器能否准确的测量小信号，不仅与垂直系统的灵敏度有关，还与X轴的抖动、触发灵敏度等性能有关。

图2 RTO示波器的全频段频谱图

从图二可以看出，RTO能够准确测量-60dBm的信号，其噪声底在-80dBm左右。而最让人感到高兴的是，在整个频段（DC-4GHz），没有发现能够影响灵敏度的大的杂波，从而大幅提高了测量灵敏度。

在没有杂波的情况下，通过增加取样点数可以得到更低的噪声。例如图3所示，将Span和RBW设置得更小的情况下，RTO示波器的底噪声可以降低至-100dBm以下。

图3 RTO示波器的窄带频谱图

从这点来说，RTO绝对能够让测量人员改变“示波器是频域分析鸡肋”的感受。

对于频谱仪来说，同样抛开端口不匹配等因素来讨论，频谱仪的在增益最大、衰减器设置最小情况下，平均噪声电平可以看作频谱仪测量小信号的极限。在不涉及前置放大器的情况下，大多数性能良好的频谱仪可以达到-150dBm。

4 功率测量准确度

对于频域分析来说，功率测量准确度是非常重要的技术指标。无论是示波器还是频谱仪，对功率测量准确度的影响量都是非常多的，下面分别列出其主要的影响量：

对于示波器来说，功率测量准确度的影响量有：端口不匹配引起的反射、垂直系统误差、频率响应、AD量化误差、校准信号误差等。

对于频谱仪来说，功率测量准确度的影响量有：端口不匹配引起的反射、参考电平误差、衰减器误差、带宽转换误差、频率响应、校准信号误差等。

此处我们不对影响量进行逐一分析比较，我们通过对1GHz频率信号的进行功率测量来对比，通过RTO示波器和FSW频谱仪的测量对比可以看出，在1GHz处，示波器与频谱仪的功率测量值仅相差0.2dB左右，这是非常好的测量准确度指标。因为频谱仪在1GHz处的测量准确度是非常好的。

另外，在频率范围内，示波器的频率响应指标也是很好的，4GHz范围内不超过0.5dB，从这点来说，示波器甚至优于频谱仪的性能。

总的来说，示波器与频谱仪在频域分析性能上各有所长，频谱仪在灵敏度等技术指标上更胜一筹，示波器在实时带宽上较频谱仪更为出色。在测量不同类型的信号时，可根据测试需求和仪器的不同技术特点进行选择。

科电罗德与施瓦茨 R&S FPL1000 频谱分析仪怎么样?

在射频实验室，科电罗德与施瓦茨 R&S FPL1000 频谱分析仪和示波器或万用表一样不可或缺。它是一款单机可执行多种测量任务的仪器。该仪器不仅支持频谱分析，而且支持结合使用功率探头进行高度精确的功率测量，以及分析模拟和数字调制信号。可靠的射频性能使 R&S?FPL1000 成为实验室、测试室、生产和服务的理想仪器。1 dB 衰减器步长（R&S?FPL1-B25 选件）允许在仪器的最大动态范围内进行测量。 前置放大器（R&S?FPL1-B22 选件）扩展了灵敏度级别。 由于其高灵敏度和低相位噪声性能，即使是靠近载波的小干扰信号也可以被分析。其重量轻且电池供电，让您可以将仪器带到任何地方进行测量。 可选电池组可提供三个小时的运行时间，丰富的附件使 R&S?FPL1000 适合现场测量。

微波射频(二)噪声来源、NF定义及影响

姓名：刘烁烁 ；学号：；学院：广州研究院

【嵌牛导读】噪声是怎么来的呢？有什么影响？

【嵌牛鼻子】NF定义；噪声影响

【嵌牛提问】NF的定义是什么？

【嵌牛正文】浅谈噪声的来源，NF定义及影响

本文是噪声系数系列文章第一篇，主要介绍噪声系数的定义及其对系统带来的影响。之后会陆陆续续给大家介绍噪声系数的三种测试方法，包括增益法、Y因子法，以及基于矢量网络分析仪的噪声系数测试方法。

噪声是如何产生的？包括哪些来源？

根据噪声产生的机理，大致可以分为五大类：热噪声(Thermal Noise)，散粒噪声(Shot Noise)，闪烁噪声(Flicker Noise)，等离子体噪声(Plasma Noise)，量子噪声(Quantum Noise)。

热噪声是最基本的一种噪声，就像冬日里北方的霾一样，可以说是无处不在的。热噪声又称为Johanson或Nyquist噪声，是由电子的热运动产生的。在绝对零度(0 K)以上，就会存在自由电子的热运动。因此，几乎所有的器件/设备，都会产生热噪声。

热噪声的功率谱密度不随频率变化，称为白噪声，又因服从Gauss概率密度分布，所以又称为高斯白噪声。

散粒噪声是由电子管或半导体固态设备中载流子的随机波动产生的，比如PN结二极管，当级间存在电压差时，就会发生电子和空穴的移动，此过程中就会产生散粒噪声。其功率谱密度也不随频率变化，也是一种白噪声。散粒噪声是半导体器件所特有的，无源器件(比如衰减器)是不产生散粒噪声的。

闪烁噪声产生于真空管(阴极氧化涂层)或半导体(半导体晶体表面缺陷)固态设备。噪声功率主要集中在低频段，其功率谱密度与频率成反比，所以又称为1/f 噪声。高于一定频率时，其噪声功率谱非常微弱，但是平坦的。因此，有时也称为pink noise.

等离子体噪声是因电离化气体中电荷的随机运动产生，如电离层中或电火花接触时，就会产生等离子体噪声。而量子噪声是因载流子或光子的量子化特性所产生。对于电子器件而言，相对其它三种噪声，这两种噪声是可以忽略的。

限于作者的理论水平以及本系列文章的侧重点，文中仅仅对不同噪声作简要概括总结，实际上每一种噪声的理论都比较复杂，所以如果要了解关于噪声的更多知识，可以参考相关书籍和文章。

小结：RF/μW器件中，无源器件产生的噪声基本是热噪声，比如线缆、转接头、衰减器、滤波器等；半导体器件，比如放大器、混频器等，除产生热噪声外，还会产生散粒噪声、闪烁噪声等。

2. 噪声系数是如何定义的？

(1) 为了便于讨论，首先以电阻为例，讨论其输出的噪声功率。

将一个电阻置于温度为T (开尔文温度)的环境中，电阻中的自由电子随机运动，动能与温度T成正比。电子的随机运动会产生小的随机电压波动，此时电阻相当于一个噪声源，输出波形如图1所示，该噪声在足够长时间内的算术平均值为0，但RMS平均值值不为零。

图1. 电阻产生的随机噪声

根据 Planck‘s black body radiation law 可得，随机电压的有效值为

该公式源自于量子学，适用于所有频率。

在RF/μW频段，因 hf << kT ，则根据Rayleigh-Jeans(瑞利-琼斯)近似可得

噪声电压的有效值可以简化为

上式可以看出，噪声电压有效值与频率无关，且为常数，是一种白噪声。

可将电阻等效为一个内阻为R的噪声源，当构成图2所示的共轭匹配电路时，其可输出最大噪声功率为

由上式可知，电阻输出的最大噪声功率只与当前温度及系统带宽有关，与电阻值无关。对于衰减器等无源器件而言，因其内部只有电子热运动，只产生热噪声，所以情况与电阻类似。

图2. 构成共轭匹配时负载获得最大噪声功率

基于半导体的器件，虽然产生的噪声种类相对多一些，但是可以将所有的噪声等效为热噪声，其输出最大噪声功率的能力，使用等效噪声温度Te表征。

图3. 将有源器件等效为热噪声源

共轭匹配时，器件输出的最大噪声功率为

式中，Te为器件的等效噪声温度，B为器件的有效带宽。

对于放大器，等效噪声电路如图4所示，放大器本身可以产生噪声，为了引入等效噪声温度，假设输入端连接了一个电阻R，但是在绝对温度0K时，该电阻并不产生噪声功率，放大器的输出噪声功率只源自于自身。等效之后，放大器只有增益G而不会产生噪声功率，而输入端提供一个kBTe的等效噪声输入功率，此时放大器输出噪声功率为

Te为放大器等效噪声温度，是从输入侧等效的，这也解释了为什么放大器输出的噪声功率需要乘以增益G。

图4. 放大器的等效噪声电路

(2) 等效噪声温度与噪声因子有什么关系？噪声因子与噪声系数又有什么关系？

IEEE给出的噪声因子定义为：在290K温度下，器件输出的总噪声功率与仅仅输入噪声功率引起的输出噪声功率的比值。

通常情况下，工程师们更习惯于朗朗上口的定义：噪声因子为器件或系统的输入与输出信噪比之比。很显然，噪声因子表征了信号经过器件后信噪比的恶化程度。

式中Ni为290K温度下对应的噪声输入功率，No为总输出噪声功率，Na为器件本身引入的输出噪声功率，G为器件增益。

IEEE对噪声因子的定义基于两个条件：290K开尔文温度下，且端口阻抗匹配。通常所说的噪声因子或噪声系数都是在这两个条件下定义的。后续篇章涉及到的数学公式推导及噪声系数的测试都是基于这两个条件。

图5. 放大器的等效噪声电路

等效噪声温度Te与噪声因子F有什么关系？

在T0=290K温度下，放大器的输入噪声功率为kBT0，假设其等效噪声温度为Te，则噪声因子F为

进一步化简得

该公式是我们所熟知的，但是只有在温度为T0=290K时才成立，在其它温度下则不成立。同时，这还是后面要介绍的噪声系数测试方法中的基本公式。

至此，已经介绍完了等效噪声温度、噪声因子以及噪声系数之间的关系。

但凡从事RF/μW相关职业的工程师，对于无源器件的噪声系数都有一个共识：噪声系数与插入损耗相同。比如6dB的衰减器，其噪声系数就是6dB。其实这个共识也有一个非常重要的前提——290K(T0)温度下。

化简得到

图6. 无源器件的等效噪声电路

依据等效噪声温度与噪声因子的关系可以得到

当T=T0时，上式可化简为

也就是说，只有在T0=290K温度下，无源器件的噪声系数才等于其插入损耗。

值得一提的是，无源混频器的噪声系数并不等于变频损耗，因为除了产生热噪声外，还会产生散粒噪声和闪烁噪声，不满足上面提到的热平衡状态，只有仅仅产生热噪声的器件才会达到热平衡态。

(3) 为什么说接收机链路中第一级器件的NF决定了整个链路的噪声系数？

解释这个原因，不得不从噪声因子级联公式说起。图7给出了两级放大器级联示意图，级联后输出的总噪声功率为

式中，Te1、Te2分别为两个放大器的等效噪声温度。当然，处于同一个链路中，也认为两个器件的带宽B是相同的。

如果将两个级联DUT的总等效噪声温度设为Te，则总输出噪声功率为

从而得到两级联后的总等效噪声温度和噪声因子

图7. 两级器件级联及噪声输出示意图

公式表明，第一级器件的选择对于整个链路的NF有比较大的影响，这也是为什么在接收机链路中第一级采用LNA的原因。

3. 噪声系数对系统有哪些影响？

绝大多数情况下，器件或系统产生的噪声都是有害的，当然也有例外，比如噪声源就是专门产生宽带噪声的设备，用于NF测试，或者验证系统的抗噪声性能。

在绝对零度以上，任何器件均会产生噪声，那么当信号经过器件时，必然会导致信噪比SNR的降低，就好比一张清晰的图片，引入噪声后却变得模糊。

图8. 噪声系数导致SNR恶化

从应用的角度讲，接收机噪声系数对雷达和通信系统性能至关重要。较高的噪声系数直接限制了雷达最远探测距离，类似地，对于目前广泛应用的宽带通信系统，往往采用高阶、复杂的数字调制，这类调制信号对于SNR要求更高，如果接收机灵敏度不够高，会导致误码的产生，从而影响数据的有效传输。

图9. SNR恶化将导致数字解调质量

文中首先介绍了噪声的种类及其产生机理，紧接着以电阻为例深入探讨了等效噪声温度Te的由来，阐述了Te与噪声因子及噪声系数的关系，并且推导出了多级器件/系统级联后的数学关系，最后简单描述了噪声系数对于射频微波接收机链路的重要性。

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