监测接收机/频谱分析仪相位噪声指标定义以及对信号测量的影响 这一期对监测接收机/频谱分析仪相位噪声指标定义进行简要介绍，相位噪声是正弦波频谱纯度的一个重要测度，通常用于合成(锁相)振荡器的场合。在时域中,相位噪声表现为在波形零点处的抖动(图1)。对于高质量的振荡器设计,相位噪声在时域中通常是不能辨别的。在频域中,相位噪声表现为载波的边带(图 2)。 一个纯正弦波可以用下式表示:

(式1)

式中Vo=零-峰值幅度Vo

fo=载波频率fo

图1 在时域中，相位噪声引起波形零点处的抖动 

图2 在频域中，相位噪声表现为载波两侧噪声边带

一个有幅度和频率起伏的正弦波用下式表示:

(式2)

式中a(t)=幅度噪声

ф(t)=相位噪声

注意,这个噪声过程同调幅和调角过程相似,但调制“源”是系统中的随机噪声。即使是高质量的振荡器设计,幅度噪声也可能十分显著。然而,在许多系统中,当信号通过像混频器之类的限幅器件时,幅度噪声将被去除。我们将假定,幅度噪声远小于相位噪声,然后通过用频谱分析仪对上、下噪声边带作比较来验证这个假定相位φ(t)可能包括长期和短期相位或频率起伏。长期效应通常用频率漂移(不是相位声)来规定,而短期效应则用相位噪声表表征。

在频域中的相位噪声可以表示为：

(式3)

式中:VN(1Hz Bw)=距载波fHz频率处1Hz带宽内噪声电平的有效值

Vc=载波电压的有效值 L(f)常用分贝表示:

(式4)

所得到L(f)的曲线图表示随距离载波的频率的变化关系。如果相位噪声边带处在频谱分析仪的测量范围内,则能直接测量L(f)。对于大多数分析仪来说,可以用频标来计读噪声电平与某一基准(在这里指的载波的幅度)的比值。

通常相位噪声指标采用dBc为单位，并归一化至1Hz噪声功率带宽。有时在特定的频偏上指定，如频偏1kHz, 10kHz, 100kHz等，或者用一条曲线来表示一个频偏范围内的相位噪声特性。

那么频谱分析仪的相位噪声指标对信号测量的影响主要体现在以下几个方面‌：

1、‌影响信号分辨能力‌：相位噪声会使频谱仪的响应曲线边缘变得模糊，尤其是在分辨率带宽较窄的情况下更为明显。相位噪声会掩盖较小的信号，使得频谱仪难以分辨不等幅的信号‌。

2、影响幅度测量精度‌：相位噪声会导致测量不准确，相位噪声会使混频分量产生调制边带，这些边带会出现在幅度远大于系统底噪的频谱分量周围，从而影响对小信号的检测和测量精度‌。

3、‌影响灵敏度‌：接上述第2条，频谱仪的相位噪声会影响频谱仪的测量灵敏度，从而限制其精确测量小信号的能力。

4、影响调制质量的测试精度‌：频谱仪自身相噪会极大限制调制信号尤其数字调制信号质量的测量精度，比如EVM精确测量。当频谱仪自身相噪对EVM恶化贡献足够大的时候，测量结果无法满足测量精度。同理，当接收系统自身相噪不够优秀时，也会影响接收信号的传输质量，从而影响解调结果，带来误码率的增加。 5、影响待测源相噪测量精度：有时频谱仪也会被用来定性或者定量测量信号源的相噪。当频谱仪自身相噪接近于或弱于待测信号时，无法精确测量待测信号的相位噪声。当待测信号相噪远优于频谱仪自身相噪时，测量结果仅仅表征频谱仪自身的相噪水平。

我们对目前市场几款主流高端微波频谱分析仪相位噪声指标进行比较：

备注：都为中心频率1GHz时 由此看出SM435B系列接收机作为模块化小型化接收机，在相位噪声指标这一项，媲美市场主流的台式高端频谱分析仪，达到实验室计量测试级别。

另2台SM435B可以配合其相噪测量系统：PN400，提供互相关算法，形成专业级别的相噪仪系统，实现对信号源、VCO、晶振等高指标源的相噪精确测量。