Phase noise measurement: Waarom jouw signaal de ‘jitters’ heeft (en hoe je dit oplost)

Je kent dat gevoel wel: je probeert een foto te maken bij weinig licht, en hoe stil je jouw hand ook houdt, de randen worden toch… wazig. Een beetje onscherp.

Dat is in feite phase noise (faseruis), maar dan voor RF-signalen.

Als je in het lab werkt of een productielijn voor hoogfrequente communicatie beheert, weet je al dat een “perfecte” sinusgolf een leugentje is dat we aan natuurkundestudenten vertellen. In de echte wereld heeft elk signaal die spookachtige, ongewenste fluctuaties in fase die de frequentie uitsmeren. Dat is phase noise—of “jitter” als je ernaar kijkt in het tijdsdomein.

En laten we eerlijk zijn: het is vervelend. Zeker nu.

Met 5G dat datasnelheden omhoog stuwt en radarsystemen die kleinere objecten op grotere afstand moeten zien, is die “vervaging” niet zomaar irritant; het is een dealbreaker. Als je phase noise slecht is, gaat je bit error rate omhoog, daalt je radarresolutie en presteert dat dure systeem plotseling als een goedkope walkie-talkie.

Dus, hoe meten we dit in de praktijk, en welke zwaargewichten van Rohde & Schwarz en Keysight maken dit mogelijk?

De “snelle methode” vs. de “gouden standaard”

Historisch gezien was het meten van phase noise… tja, laten we zeggen: een heel proces.

Je hebt de Direct Spectrum Method. Je sluit je device under test (DUT) aan op een spectrum analyser en kijkt naar de ruis-zijbanden. Het is snel. Het is simpel. Maar hier zit het addertje onder het gras: als jouw analyser meer ruis produceert dan je DUT (wat vaak gebeurt bij high-end oscillatoren), meet je niet het apparaat, maar je eigen testapparatuur. Niet handig.

Dan is er de Phase Detector Method. Deze vergelijkt je signaal met een referentie. Beter, maar complex.

Maar de echte magie? Cross-Correlation.

Zie het als het nemen van twee wazige foto’s van hetzelfde object en ze over elkaar leggen om te zien wat er werkelijk is. Door twee onafhankelijke interne referentiebronnen te gebruiken en de output te correleren, wordt de niet-gecorreleerde ruis van het instrument zelf weggemiddeld.

Het resultaat? Je kan signalen meten die eigenlijk schoner zijn dan de analyser die je gebruikt. Vroeger was daar een rack vol apparatuur en een doctoraat voor nodig. Nu? Meestal gewoon een druk op de knop.

Over knoppen gesproken, laten we eens kijken naar de apparaten die dit kunnen.

De zwaargewichten: Rohde & Schwarz FSWP en FSPN

Als je de absolute top in gevoeligheid nodig hebt—het soort “een fluistering in een orkaan zien”—kijk je waarschijnlijk naar de R&S FSWP-serie.

Wij hebben de R&S FSWP26 en FSWP50 op voorraad (dekkend tot respectievelijk 26,5 GHz en 50 GHz). Het mooie is dat dit niet alleen phase noise analysers zijn. Het zijn ook volwaardige high-end signaal- en spectrum analysers.

• Waarom je dit wilt: Hij gebruikt die cross-correlation magie waar we het over hadden om de gevoeligheid omlaag te krijgen naar -174 dBc/Hz (bij 1 GHz, 10 kHz offset).
• De killer feature: Hij is snel. Echt heel snel. Hij heeft voor de meeste klussen geen externe referentiebronnen nodig omdat de interne bronnen zo goed zijn. Plus, hij kan amplituderuis en phase noise tegelijkertijd meten.
• Gepulste signalen? Geen probleem. Hij kan gepulste radarbronnen karakteriseren met één druk op de knop, wat vroeger een nachtmerrie van complexe testopstellingen was.

Maar misschien heb je dat spectrum analyser gedeelte niet nodig. Misschien moet je gewoon VCO-tests draaien in productie.

Maak kennis met de R&S FSPN-serie (wij hebben de FSPN8, FSPN26 en FSPN50).

Dit is een pure phase noise analyser en VCO-tester. Hij ruilt de algemene spectrumanalyse in voor snelheid en gefocuste VCO-karakterisering. Hij heeft ultra-low-noise DC-bronnen ingebouwd om de tuning voltage van je VCO te sweepen terwijl hij meet. Het is een werkpaard ontworpen voor productieomgevingen waar elke seconde telt.

De legendes: Keysight E5052B en de nieuwe SSA-X

We kunnen niet over phase noise praten zonder onze hoed af te nemen voor de Keysight E5052B. Jarenlang was dit de standaard Signal Source Analyser (SSA) die je op elke werkbank zag. Hij is betrouwbaar, nauwkeurig en ingenieurs overal weten hoe hij werkt.

Maar de tijd staat niet stil.

Als je op zoek bent naar de volgende generatie, bekijk dan de Keysight SSA-X serie, variërend van de 8GHz E5055A tot aan de 54 GHz E5058A. Deze bouwt voort op die erfenis maar voegt moderne touches toe—betere gevoeligheid, snellere metingen en een groter frequentiebereik in één toestel. Het is een alles-in-één oplossing die gewoon werkt.

En voor wie flexibiliteit nodig heeft, is er de Keysight N9010B EXA die de N9068EM0E phase noise applicatie draait. Het is in de eerste plaats een algemene signaal analyser, maar met de app wordt het een capabele phase noise tester. Het is een geweldige “Zwitsers zakmes”-optie als je niet de extreme gevoeligheid van een dedicated cross-correlation box nodig hebt.

Dus, welke heb je nodig?

EHet komt er echt op neer wat je probeert te zien.

• Bouw je high-end radar of satellieten? Dan heb je waarschijnlijk de cross-correlation kracht van de R&S FSWP of FSPN nodig om tot op de thermische vloer te kijken.
• VCO’s testen aan de lopende band? De R&S FSPN of Keysight E5052B zijn je beste vrienden.
• Algemene troubleshooting? De Keysight N9010B is wellicht alles wat je nodig hebt.

Maar hier is het ding—deze apparaten zijn prijzig. En technologie gaat snel. Tenzij je ze 24/7 gebruikt, doet direct kopen misschien meer pijn in het budget dan de phase noise in jouw signaal.

Dat is waar wij in beeld komen. Bij RentalTec houden we deze units gekalibreerd en klaar voor verzending. Je kan de FSWP50 huren voor dat ene kritieke project, of een E5055A leasen terwijl je een nieuwe lijn opstart.

Stop met gissen naar je signaalkwaliteit. Geef ons een seintje, en laten we die ruis opklaren.