Калибратор относительного уровня фазового шума

Рассмотрена необходимость создания исходного рабочего эталона единицы относительного уровня фазового шума для обеспечения метрологической прослеживаемости измерений фазовых шумов в области малых значений. Актуальность создания такого эталона обусловлена возросшими требованиями к кратковременной стабильности частоты современных генераторов сигналов и высокостабильных кварцевых генераторов, характеризуемой относительным уровнем фазового шума. Отмечено, что в рамках имеющихся методик поверки погрешность измерений фазовых шумов определяется методом синусоидальной фазовой модуляции, который не охватывает диапазон малых значений фазовых шумов. Экспериментально показано существование дополнительных неучтённых источников погрешности измерений фазовых шумов в области малых значений, подтверждённое в различных зарубежных публикациях. С целью включения в состав исходного рабочего эталона разработан калибратор относительного уровня фазового шума на основе метода аддитивного белого гауссова шума, обеспечивающий воспроизведение единицы в области малых значений фазовых шумов. Для передачи единицы относительного уровня фазового шума в рамках локальной поверочной схемы предложено применять компаратор в виде анализатора фазовых шумов. При этом воспроизводимые калибратором значения относительного уровня фазового шума близки к измеряемым значениям за счёт возможности регулировки уровня аддитивного белого гауссова шума. Такой подход позволил уменьшить погрешность измерений относительного уровня фазового шума в два-три раза по сравнению с нормируемой погрешностью анализаторов фазовых шумов и обеспечил достоверность оценки фазовых шумов в области малых значений.

1. Горевой А. В., Лирник А. В. Измерение спектра фазовых шумов гармонических сигналов сверхвысокой частоты кросс-спектральным методом. Измерительная техника, (9), 53–57 (2017). https://www.elibrary.ru/zqkesv

2. Баженов Н. Р., Барехов А. М., Мыльников А. В. Применение модулированных сигналов для воспроизведения уровня фазового шума Сборник докладов XXV Международной конференции «Цифровая обработка сигналов и ее применение DSPA – 2023». С. 412–417 (2023). https://www.elibrary.ru/wtnxco

3. Gruson Y., Rus A., Rohde U. L., Roth A., Rubiola E. Artifacts and errors in cross-spectrum phase noise measurements. Metrologia, 57(5), 055010 (2020). https://doi.org/10.1088/1681-7575/ab8d7b

4. Hati A., Nelson C. W., Howe D. A. Cross-spectrum measurement of thermal-noise limited oscillators. Review of Scientifi c Instruments, (87), 034708 (2016). https://doi.org/10.48550/arXiv.1512.06160

5. Nelson C. W., Hati A., Howe D. A. A collapse of the cross-spectral function in phase noise metrology. Review of Scientifi c Instruments, (85), 024705 (2014) http://doi.org/10.1063/1.4865715

6. Барехов А. М., Баженов Н. Р., Мыльников А. В. Сравнение методов воспроизведения относительного уровня фазового шума. Альманах современной метрологии, 2(34), 25–39 (2023). https://www.elibrary.ru/wxqsjf

7. Hati A., Nelson C., Ashby N., et al. Calibration Uncertainty for the NIST PM/AM Noise standards. NIST Special Publication 250-90 (2012). https://tf.nist.gov/general/pdf/2582.pdf

8. L. G. Bernier, D. Stalder, J. Morel, et al. Traceable calibration of a phase noise standard. Proceedings of the 48th Annual Precise Time and Time Interval Systems and Applications Meeting, Monterey, California, January 2017, pp. 335–342 (2017). https://doi.org/10.33012/2017.14992

9. Yanagimachi S. Uncertainty evaluation of 100-dBc/Hz fl at phase noise standard at 10 MHz. IEEE Transaction on Instrumentation and Measurement, 62(6), 1545–1549 (2013). https://doi.org/10.1109/TIM.2013.2239057

10. Dutta P., Horn P. M. Low frequency fl uctuations in solids: 1/f noise. Reviews of Modern physics, 53(3), 497–516 (1981). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.53.497