頻譜分析儀的那些事兒---之相位噪聲

在系統(tǒng)層面，相位噪聲反映了儀器整個(gè)時(shí)鐘環(huán)路的穩(wěn)定度，數(shù)學(xué)部分的ADC與數(shù)字中頻處理也會(huì)有影響，但是相位噪聲最主要的影響因素仍是參考源及時(shí)鐘環(huán)路。

現(xiàn)代頻譜分析儀普遍基于外差（Heterodyne）接收機(jī)“頻率選擇”的結(jié)構(gòu)，混頻器將輸入的射頻信號(hào)和本振信號(hào)相乘然后濾波，得到變頻后的中頻信號(hào)。即使輸入的射頻信號(hào)是一個(gè)很純凈的正弦波，混頻器也會(huì)將本振的相位噪聲帶入混頻結(jié)果，形成一個(gè)具有相同相位噪聲的中頻信號(hào)。

并不是所有的測(cè)量都會(huì)受到相位噪聲的影響，相位噪聲和中頻的能量是固定的比例關(guān)系，當(dāng)信號(hào)電平遠(yuǎn)大于系統(tǒng)底噪時(shí)，這個(gè)相位噪聲才會(huì)大于系統(tǒng)的底噪，那么它將就會(huì)明顯的出現(xiàn)在載頻的周圍。在矢量信號(hào)分析中，信號(hào)的相位也包含著重要的信息，本振的抖動(dòng)將惡化中頻相位的信噪比，所以相位噪聲對(duì)矢量信號(hào)的EVM也有著重要的影響。因此，當(dāng)對(duì)包含了本振相位噪聲的中頻進(jìn)行“峰值檢測(cè)”時(shí)，相位噪聲就會(huì)體現(xiàn)在測(cè)量結(jié)果中。在某個(gè)RBW下，距離這個(gè)頻率很近同時(shí)幅度又高于系統(tǒng)顯示平均噪聲電平的另一個(gè)信號(hào)，雖然可被RBW在頻率軸分辨出來(lái)，但仍會(huì)隱藏在相位噪聲之下。

相位噪聲也是一種隨機(jī)噪聲，它和系統(tǒng)的顯示平均噪聲電平一樣，隨分辨率帶寬的變化規(guī)律一致，若將分辨率帶寬縮小10倍，顯示相位噪聲電平將減小10dB。

相位噪聲只會(huì)影響載波附近的小信號(hào)的分辨，隨著距離載波的頻率而逐漸衰減，近端的相位噪聲固然影響了頻率分辨能力和幅度動(dòng)態(tài)范圍，但是當(dāng)距離載波足夠遠(yuǎn)時(shí)，遠(yuǎn)端的相位噪聲會(huì)低于系統(tǒng)的顯示噪聲平均電平，這時(shí)就看不到相位噪聲的影響了。

在將參考源倍頻得到本振的過(guò)程中，穩(wěn)定度也將按倍頻比例惡化，其結(jié)果是相位噪聲變差，因此相位的標(biāo)定通常要對(duì)應(yīng)特定的測(cè)量頻率，例如在500MHz、1GHz等頻率點(diǎn)測(cè)量。典型的相位噪聲曲線經(jīng)常要提供多個(gè)頻率點(diǎn)的情況，例如偏離1kHz、10kHz、100kHz分別給出測(cè)量值，便于橫向比較。

如何確定一臺(tái)頻譜分析儀的相位噪聲呢？一般情況下常常關(guān)注的是近端相位噪聲，也就是距離載頻1MHz以內(nèi)的相位噪聲。使用一個(gè)高精度信號(hào)源（此信號(hào)源的相位噪聲必須小于頻譜分析儀的相位噪聲）設(shè)置1GHz、0dBm的正弦波，頻譜分析儀設(shè)置的RBW在合適的掃描時(shí)間例如1kHz，此時(shí)分別觀察距離峰值10kHz、100kHz位置的差值，根據(jù)RBW歸一化到1Hz即可得到在1GHz下偏移10kHz、100kHz的相位噪聲水平。