頻譜分析儀的那些事兒---之相位噪聲

在系統層面，相位噪聲反映了儀器整個(gè)時(shí)鐘環(huán)路的穩定度，數學(xué)部分的ADC與數字中頻處理也會(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。

現代頻譜分析儀普遍基于外差（Heterodyne）接收機“頻率選擇”的結構，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(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果，形成一個(gè)具有相同相位噪聲的中頻信號。

并不是所有的測量都會(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，當信號電平遠大于系統底噪時(shí)，這個(gè)相位噪聲才會(huì )大于系統的底噪，那么它將就會(huì )明顯的出現在載頻的周?chē)?。在矢?strong>信號分析中，信號的相位也包含著(zhù)重要的信息，本振的抖動(dòng)將惡化中頻相位的信噪比，所以相位噪聲對矢量信號的EVM也有著(zhù)重要的影響。因此，當對包含了本振相位噪聲的中頻進(jìn)行“峰值檢測”時(shí)，相位噪聲就會(huì )體現在測量結果中。在某個(gè)RBW下，距離這個(gè)頻率很近同時(shí)幅度又高于系統顯示平均噪聲電平的另一個(gè)信號，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噪聲，它和系統的顯示平均噪聲電平一樣，隨分辨率帶寬的變化規律一致，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的分辨，隨著(zhù)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，但是當距離載波足夠遠時(shí)，遠端的相位噪聲會(huì )低于系統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，穩定度也將按倍頻比例惡化，其結果是相位噪聲變差，因此相位的標定通常要對應特定的測量頻率，例如在500MHz、1GHz等頻率點(diǎn)測量。典型的相位噪聲曲線(xiàn)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?xún)鹊南辔辉肼?。使用一個(gè)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）設置1GHz、0dBm的正弦波，頻譜分析儀設置的RBW在合適的掃描時(shí)間例如1kHz，此時(shí)分別觀(guān)察距離峰值10kHz、100kHz位置的差值，根據RBW歸一化到1Hz即可得到在1GHz下偏移10kHz、100kHz的相位噪聲水平。