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時鐘環路的穩定度，數學部分的ADC與數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系，當信號電平遠大于系統底噪時，這個相位噪聲才會大于系統的底噪，那么它將就會明顯的出現在載頻的周圍。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，相位噪聲就會體現在測量結果中。在某個RBW下，距離這個頻率很近同時幅度又高于系統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范圍，但是當距離載波足夠遠時，遠端的相位噪聲會低于系統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等頻率點測量。典型的相位噪聲曲線經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？一般情況下常常關注的是近端相位噪聲，也就是距離載頻1MHz以內的相位噪聲。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）設置1GHz、0dBm的正弦波，頻譜分析儀設置的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RBW歸一化到1Hz即可得到在1GHz下偏移10kHz、100kHz的相位噪聲水平。