相位噪聲是如何定義的？如何使用直接標(biāo)定法準(zhǔn)確測(cè)試相噪？

相位噪聲是如何定義的？

相位噪聲是指振蕩器輸出信號(hào)的相位隨時(shí)間的隨機(jī)波動(dòng)，這種波動(dòng)在頻譜上表現(xiàn)為載波頻率周圍的噪聲邊帶。相位噪聲的存在對(duì)于許多精密電子設(shè)備和通信系統(tǒng)的性能有著顯著影響，因此理解和測(cè)量相位噪聲是電子工程中的一個(gè)重要方面。

相位噪聲通常定義為在特定頻率偏移處，相對(duì)于載波功率的單邊帶噪聲功率密度。

如圖1所示，在距離載波fc 一定頻偏處的噪聲功率譜密度與載波功率的比值即為相位噪聲，通常是指單邊帶相位噪聲(SSB PN)，單位為dBc/Hz?！癱”可以理解為載波carrier，意思是相對(duì)載波的電平。類似地，在描述諧波失真度時(shí)通常也采用單位dBc。

對(duì)于理想的CW信號(hào)，其頻譜為單根譜線，而實(shí)際上由于相位噪聲的存在，使得其頻譜具有圖1所示的邊帶，距離載波越遠(yuǎn)，邊帶幅度越小，意味著相位噪聲也越好。

圖 單邊帶相位噪聲的定義

決定頻譜儀相噪測(cè)試能力的因素

1. 本振（LO）的相位噪聲：

頻譜儀使用內(nèi)部的本地振蕩器（LO）來下變頻輸入信號(hào)。如果LO的相位噪聲過高，它將直接影響到測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2. 分辨率帶寬（RBW）：

RBW是頻譜儀用于頻率分辨的帶寬。較小的RBW可以提供更好的相位噪聲測(cè)量精度，但會(huì)增加測(cè)量時(shí)間。

3. 動(dòng)態(tài)范圍：

動(dòng)態(tài)范圍是指頻譜儀能夠處理的最小和最大信號(hào)強(qiáng)度之間的差異。一個(gè)寬的動(dòng)態(tài)范圍允許更準(zhǔn)確地測(cè)量低相位噪聲水平。

4. 參考電平：

參考電平或標(biāo)記電平是用來確定相位噪聲測(cè)量參考點(diǎn)的信號(hào)電平。準(zhǔn)確設(shè)置參考電平對(duì)于實(shí)現(xiàn)精確的相位噪聲測(cè)量至關(guān)重要。

5. 儀器底噪聲：

儀器底噪聲是指頻譜儀自身產(chǎn)生的噪聲。如果底噪聲過高，它可能會(huì)掩蓋住被測(cè)設(shè)備的相位噪聲，導(dǎo)致不準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

判斷頻譜儀底噪聲是否影響遠(yuǎn)端相噪測(cè)試

要判斷頻譜儀的底噪聲是否會(huì)影響遠(yuǎn)端相噪測(cè)試，可以通過以下步驟進(jìn)行：

1. 關(guān)閉輸入：

斷開頻譜儀的輸入，確保沒有信號(hào)進(jìn)入。這將使得頻譜儀顯示的是其自身的底噪聲。

2. 記錄底噪聲：

記錄在感興趣的頻率偏移處的底噪聲水平。這個(gè)值將作為比較的基準(zhǔn)。

3. 輸入信號(hào)測(cè)試：

連接被測(cè)設(shè)備，并在同一頻率偏移處測(cè)量相位噪聲。

4. 比較結(jié)果：

如果被測(cè)設(shè)備的相位噪聲低于頻譜儀的底噪聲，那么測(cè)試結(jié)果將不準(zhǔn)確。在這種情況下，需要改善頻譜儀的底噪聲性能或使用更低底噪聲的頻譜儀。

準(zhǔn)確測(cè)試相位噪聲的方法

為了準(zhǔn)確地測(cè)試相位噪聲，可以采取以下措施：

1. 使用高性能頻譜儀：

選擇具有低底噪聲和高動(dòng)態(tài)范圍的頻譜儀，以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2. 優(yōu)化測(cè)試設(shè)置：

確保使用正確的RBW、參考電平和適當(dāng)?shù)臏y(cè)試電纜。

3. 環(huán)境控制：

在屏蔽的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試，以減少外部干擾。

4. 校準(zhǔn)：

定期對(duì)頻譜儀進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保其性能符合規(guī)格。

5. 使用相位噪聲測(cè)試軟件：

一些頻譜儀提供專門的相位噪聲測(cè)試軟件，可以自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試并提供詳細(xì)的報(bào)告。

如何使用直接標(biāo)定法準(zhǔn)確測(cè)試相噪？

Step 1： 設(shè)置合適的中心頻率和Span，使得能夠顯示信號(hào)頻譜并覆蓋需要測(cè)試的頻偏范圍。

Step 2： 將頻譜儀射頻前端衰減度設(shè)置為0dB，以降低底噪，提高相噪測(cè)試精度，這一點(diǎn)對(duì)于遠(yuǎn)端相噪測(cè)試尤為重要。

Step 3： 將頻譜儀的顯示檢波器類型選擇為RMS檢波器，這個(gè)在之前的文章“如何選擇顯示檢波器”中已有說明，為了得到更加穩(wěn)定的測(cè)試結(jié)果，可以考慮增大掃描時(shí)間。

Step 4： 設(shè)置合適的RBW，RBW并不是越小對(duì)測(cè)試越有利，降低RBW并不會(huì)改善遠(yuǎn)端相噪測(cè)試能力，因?yàn)榈自虢档偷耐瑫r(shí)，邊帶功率也會(huì)降低，而且RBW太小，速度太慢。但是當(dāng)測(cè)試近端相噪時(shí)，比如頻偏100kHz以內(nèi)，RBW需要設(shè)置小一點(diǎn)，以對(duì)載波信號(hào)充分抑制，否則會(huì)嚴(yán)重影響相噪測(cè)試能力！

近端相噪測(cè)試過程中，可以通過逐步降低RBW來選擇合適的值，降低RBW的過程中，當(dāng)相噪測(cè)試結(jié)果不再降低時(shí)，選取此時(shí)的RBW即可。

Step 5： 確定載波信號(hào)功率及待測(cè)頻偏處的噪聲功率譜密度，以計(jì)算相位噪聲。

通過Marker功能很容易確定載波信號(hào)功率P C ，當(dāng)然也很容易確定待測(cè)頻偏處的功率P SSB ，則噪聲功率譜密度可通過下式計(jì)算：

PSD = P~SSB ~ - 10lg( *RBW * ) ( *dBm/Hz * )

則相噪測(cè)試結(jié)果為

PN = *PSD * - P~C ~ ( *dBc/Hz * )