Rubidium™信号发生器引领了频谱纯度和稳定性的行业标准

Anritsu Company，www.anritsu.com

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安立公司推出了新一代Rubidium（铷）系列信号发生器，这是基于最新技术的新一代微波信号发生器。不仅实现了宽频率覆盖、精细分辨率和高输出功率的组合输出，同时具有低相位噪声和原子钟级别的稳定度。合成器的核心是基于一个专有的2到20GHz的YIG振荡器，该振荡器被锁定到一个内部参考，它通过图1所示直接模拟变频实现频率的扩展和分配。YIG的原始频率范围通过一个倍频器和分频器（随后是一个大功率放大器、限幅器和谐波滤波器）被进一步扩展，以覆盖9kHz至20GHz或43.5GHz。YIG输出信号通过直接模拟变频器进行下变频，没有使用任何分频器，从而避免了锁相环内的相位噪声恶化。一个开关频率乘法器被运用到环路中，这减少了直接模拟变频器产生的频率数量、还在低频时对剩余PLL噪声进行更好的抑制。

图1 Rubidium™合成器核心的简化框图。

图2 10GHz时的Rubidium信号发生器的典型相位噪声。

因此，该架构基本实现了一个无附加噪声的锁相环机制，换而言之，它在频率转换过程中，并没有引入除了20logN理论噪声之外的额外噪声。一个三组合的输入参考被用来给信号发生器提供尽可能低的相位噪声。此外，组合参考是由一个铷原子钟控制的，与传统的基于OCXO的参考相比，它具有更高的稳定性。铷原子钟的运行是基于物理常数，而不是物理尺寸，因此，它非常稳定。各种参考频率可用于仪器同步，包括最高保真度的高频1.6GHz输出。

铷系列信号发生器的结构在频谱纯度和稳定性方面具有很高的独到之处。相位噪声始终是信号发生器的一个关键指标。Rubidium信号发生器提供了四种相位噪声等级，在10GHz频率，10kHz偏移的情况下，相位噪声高达优异的-140dBc/Hz，如图2所示的高级相噪选件。另一个重要指标是频率稳定度。传统的信号发生器通常依靠10MHz的恒温晶体振荡器（OCXO），实现相对稳定的性能。然而，OCXO的振荡频率取决于晶体的机械谐振，或者说取决于晶体的尺寸。很明显，随着温度的变化，晶体尺寸也会发生变化，从而导致轻微的频率变化。此外，晶体材料本身会随着时间而老化，最终导致频率的漂移。因此，引入一个原子钟作为参考标准，从根本上改善了内部时基的稳定性——不是以倍数计算，而是以几个数量级计算。

现场校准

精确和稳定的频率和输出电平在微波信号发生器中是必不可少的。因此，传统的信号发生器需要定期校准。这不可避免地带来了某种挑战。无论校准实验室是在街对面还是在全国各地，在关键时刻把仪器送出去校准都是一个昂贵和耗时的方案。为了降低总成本，铷系列信号发生器内置了一个校准程序，可以当场调整其内部时基以及输出功率。校准信号源的主要任务之一是设置其时基，最终确定仪器的频率精度。幸运的是，铷系列信号发生器带有一个铷原子时基，它本身就被认为是一个频率标准。因此，在大多数实际情况下，根本不需要进行频率校准。这在一些敏感的应用中是非常重要的，如航空和国防。

图3 使用USB功率传感器的现场功率校准。

铷系列信号发生器包括一个内置的全球导航系统接收器，接收从环绕地球的卫星上的高精度原子源提取的信号。接收器的输出是一个1pps的脉冲源，可用于调整仪器的内部时基，使其与全球导航系统提供的频率标准同步。这种调整只需点击一下鼠标就可以完成，因此，不需要将信号发生器送到工厂校准。该信号发生器的另一个有价值的特点是，它可以连接一个USB功率传感器（图3）。功率传感器可以直接测量被测设备的功率，因此可以考虑到外部电缆或其他设备带来的任何插损。此外，精密的功率传感器可以根据需要校准仪器的输出功率（在一定范围内），而不需要送去工厂。

总的来说，与传统仪器相比，新的铷系列信号发生器具有卓越的性能。凭借出色的频谱纯度和信号稳定性，Rubidium系列信号发生器是一个理想的信号源，非常适用于设计和制造测试各种应用的部件和系统——包括无线通信、航空和国防以及消费电子。