相位噪声如何准确测试

对于终端通信，如果接收机本振相位噪声较弱，信道附近有强单音干扰，下变频时由于交叉调制，信道噪声增大。结果信噪比很差，极端情况下根本谈不上！

对于卫星通信，发射机本振的相位噪声差直接降低了数字调制信号的质量，模糊了星座，降低了EVM。高效的数据传输！晶体滤波器 介质波导滤波器 大功率介质滤波器 

对于雷达，如果整机本振相位噪声较差，部分目标的微弱回波信号会被锁定在强回波信号的边带内，无法正常检测到！

可见，相位噪声性能是保证系统性能的重要前提！

因此，在器件开发阶段通过适当的测量来测试相位噪声性能非常重要。如何检查信号的相位噪声性能？

工业上常用的相位噪声测试方法包括基于频谱分析仪的方法和基于鉴相器的方法。使用频谱分析仪测试相位噪声可分为直接校准和使用特殊相位噪声选项的自动测试。直接校准方式，手动测试比较经济，但是操作比较麻烦，可以使用相位噪声选项自动完成测试工作或者自己提供相位噪声曲线，但一定要买！基于鉴相器法的设备是比较专业的相位噪声测试设备，测试功能更强大，当然也更贵。

在研发阶段，如果只想看到特定频偏处的相位噪声，不需要直接获取相位噪声曲线，可以考虑使用频谱分析仪自行校正信号相位噪声。下面还描述了手动校准方法。

本文首先介绍了相位噪声的定义，然后介绍了影响频谱仪相位噪声测试能力的因素，最后给出了无源相位噪声测试的关键步骤和注意事项。

相位噪声是如何定义的？

相位噪声的定义是众所周知的。从如图1可以看出，特定频偏处的噪声功率谱密度与载波fc处的载波功率之比通常为相位噪声的dBc/Hz。 SSB PN）“c”表示可以理解为载波，表示相对于载波的级别。同样，单位dBc 常用于描述谐波失真的程度。

对于理想的CW信号，频谱是单条谱线，但实际上存在相位噪声，所以频谱有一个类似如图1的边带。当您远离载波时，边带尺寸会减小，从而产生相位噪声。也更好。

在存在相位噪声的情况下，信号相位随机波动。信号有边带的原因如如图1 是相位噪声相位将信号调制成宽带噪声！当然，信号的幅度也是有波动的，这与宽带噪声对信号的幅度调制是一样的，这种噪声的一部分称为幅度调制噪声。相位噪声和AM 噪声的共存导致信号具有特定边带。

实际上，按照上述定义得到的相位噪声测试结果有相位噪声和调幅噪声，一般来说调幅噪声远小于相位噪声，可以忽略不计，因此将实验结果视为相位噪声。基于频谱分析仪的相位噪声测试就是这种情况，无论是直接校准还是自动测试。要分离相位噪声和AM噪声，只能使用相位检测测试方法。

从调幅噪声中分离相位噪声的能力只是相位检测器测试方法的一个特点。鉴相器法的主要目的是提高相位噪声测试灵敏度，提高相位噪声测试能力！

图1. SSB 相位噪声的定义

决定频谱仪相噪测试能力的因素有哪些？

有这样的混乱。频谱分析仪如何具有相位噪声指示器？相位噪声指示器不是信号源的指示吗？后来才知道，频谱仪的相位噪声其实就是内部LO信号的相位噪声，决定了频谱仪近端相位噪声的测试能力。频谱仪本身的相位噪声越低，其测试相位噪声的能力就越强！恒温晶振

频谱分析仪的相位噪声如何影响其测试相位噪声的能力？

以图2 为例，假设RF 信号是理想的，LO 信号具有特定的边带。在中频。混频器实际上起到乘法器的作用，当射频信号与本振信号相乘实现下变频时，它也将本振信号边带中包含的频率分量相乘，因此边带也进行了频率转换。中频附近。这在一些文献中被称为混频，它会导致LO 信号的边带转移到IF。

近端相位噪声测试通常只关注频率偏移为1 MHz 范围内的相位噪声，当考虑双边带时，它对应于fc1 MHz 范围内的边带。对于混频器，在窄至2 MHz 的带宽内，可以认为转换损耗是恒定的。也就是说，在图2 所示的示例中，IF 信号的相位噪声与LO 信号的相位噪声相同！这个相位噪声就是频谱仪本身的相位噪声“底噪”，通常称为相位噪声测试灵敏度，决定了频谱仪测试相位噪声的能力。

当然，如果被测信号的相位噪声低于频谱仪本身的相位噪声，那么就无法测量出信号的实际相位噪声电平。在检查频谱仪的相位噪声系数时，通常会选择相位噪声较好的信号源，相位噪声测试结果可以反映频谱仪本身的水平。

要准确测试信号的相位噪声，频谱仪本身的相位噪声必须比被测信号的相位噪声好很多，经验表明至少要好10dB才能保证测试精度。

图2. LO 的相位噪声由于混频而传播到IF 输出信号。

以上介绍了影响近端相位噪声测试能力的因素，随着频偏的增加，本振信号的相位噪声也逐渐降低。它不再是LO 的相位噪声，而是仪表的本底噪声。

如何确定频谱分析仪的本底噪声是否影响远程相位噪声测试？

您可以尝试两种方法。

(1) 降低信号功率，观察远端边带是否也降低，如果没有变化，说明本底噪声正在影响远端相位噪声测试。这意味着本底噪声会影响测试。很小。

(2) 直接关闭信号，频谱仪其他设置不变，将此时的本底噪声与关闭信号前的远端边带功率进行比较。如果本底噪声低于远端边带功率（推荐10 dB 或更高），则测试效果不大。结果！

如果本底噪声影响远端相位噪声测试，如何解决？

信号功率可以在一定程度上增加，因为更高的信号功率意味着更高的边带功率。边带功率略高于本底噪声，以确保测试精度。但是频谱仪过载会干扰测试结果，必要时可以使用陷波滤波器来抑制载波信号。

或者选择低本底噪声的频谱分析仪进行测试！

如何使用直接标定法准确测试相噪？

在了解了影响频谱分析仪相位噪声测试能力的因素之后，我们将介绍如何使用直接校准的方法测试信号的相位噪声。

频谱仪的具体操作这里不做介绍，只提供主要的测试步骤和注意事项。

为了提高相位噪声测试精度，建议适当增加信号功率以获得更高的边带功率，信号功率建议在5dBm范围内，过强会导致频谱仪过载。

直接校准法的操作步骤（推荐）：

Step 1：设置合适的中心频率和范围以显示信号频谱并包括要测试的频偏范围。

Step 2：将频谱仪的射频前端衰减设置为0 dB，以降低本底噪声，提高相位噪声测试精度，这对于远程相位噪声测试尤为重要。

Step 3：如果您选择RMS Detector作为频谱仪的显示检波器类型，您可以获得更稳定的测试，如上一篇文章“如何选择显示检波器”所述。因此，您可以考虑增加扫描时间。

Step 4：设置合适的RBW。 RBW 越小，测试越好。降低RBW 并不能改善远端相位噪声测试，因为它降低了本底噪声，它还降低了边带功率，而且RBW 太小太慢。但是，为了在测试近端相位噪声时完全抑制载波信号，例如在100 kHz 频偏内，应设置较小的RBW。否则会严重影响相位噪声测试功能！

在近端相位噪声测试中，可以通过逐渐降低RBW来选择合适的值，在降低RBW的过程中，当相位噪声测试结果不再降低时，此时可以选择RBW。

Step 5：确定载波信号在待测频偏处的功率和噪声功率谱密度，计算相位噪声。

通过Marker 功能很容易确定载波信号功率PC，当然也很容易从待测频偏中确定功率PSSB。则噪声功率谱密度可由下式计算：

PSD=PSSB- 10lg (RBW) (dBm/Hz)

那么相位噪声测试结果为

PN=PSD-PC (dBc/Hz)

目前业界大部分频谱分析仪都支持使用marker直接测试功率谱密度，通过marker的delta模式可以直接显示相位噪声结果，省去了上述计算步骤，效率很高。使用方便！