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時鐘環(huán)路的穩(wěn)定度，數(shù)學(xué)部分的ADC與數(shù)字中頻處理也會有影響，但是相位噪聲最主要的影響因素仍是參考源及時鐘環(huán)路。

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

并不是所有的測量都會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)信號電平遠(yuǎn)大于系統(tǒng)底噪時，這個相位噪聲才會大于系統(tǒng)的底噪，那么它將就會明顯的出現(xiàn)在載頻的周圍。在矢量信號分析中，信號的相位也包含著重要的信息，本振的抖動將惡化中頻相位的信噪比，所以相位噪聲對矢量信號的EVM也有著重要的影響。因此，當(dāng)對包含了本振相位噪聲的中頻進行“峰值檢測”時，相位噪聲就會體現(xiàn)在測量結(jié)果中。在某個RBW下，距離這個頻率很近同時幅度又高于系統(tǒng)顯示平均噪聲電平的另一個信號，雖然可被RBW在頻率軸分辨出來，但仍會隱藏在相位噪聲之下。

相位噪聲也是一種隨機噪聲，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。

相位噪聲只會影響載波附近的小信號的分辨，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態(tài)范圍，但是當(dāng)距離載波足夠遠(yuǎn)時，遠(yuǎn)端的相位噪聲會低于系統(tǒng)的顯示噪聲平均電平，這時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)定通常要對應(yīng)特定的測量頻率，例如在500MHz、1GHz等頻率點測量。典型的相位噪聲曲線經(jīng)常要提供多個頻率點的情況，例如偏離1kHz、10kHz、100kHz分別給出測量值，便于橫向比較。

如何確定一臺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。使用一個高精度信號源（此信號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在合適的掃描時間例如1kHz，此時分別觀察距離峰值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。