相位噪声是如何定义的？如何使用直接标定法准确测试相噪？

相位噪声是如何定义的？

相位噪声是指振荡器输出信号的相位随时间的随机波动，这种波动在频谱上表现为载波频率周围的噪声边带。相位噪声的存在对于许多精密电子设备和通信系统的性能有着显著影响，因此理解和测量相位噪声是电子工程中的一个重要方面。

相位噪声通常定义为在特定频率偏移处，相对于载波功率的单边带噪声功率密度。

如图1所示，在距离载波fc 一定频偏处的噪声功率谱密度与载波功率的比值即为相位噪声，通常是指单边带相位噪声(SSB PN)，单位为dBc/Hz。“c”可以理解为载波carrier，意思是相对载波的电平。类似地，在描述谐波失真度时通常也采用单位dBc。

对于理想的CW信号，其频谱为单根谱线，而实际上由于相位噪声的存在，使得其频谱具有图1所示的边带，距离载波越远，边带幅度越小，意味着相位噪声也越好。

图 单边带相位噪声的定义

决定频谱仪相噪测试能力的因素

1. 本振（LO）的相位噪声：

频谱仪使用内部的本地振荡器（LO）来下变频输入信号。如果LO的相位噪声过高，它将直接影响到测量结果的准确性。

2. 分辨率带宽（RBW）：

RBW是频谱仪用于频率分辨的带宽。较小的RBW可以提供更好的相位噪声测量精度，但会增加测量时间。

3. 动态范围：

动态范围是指频谱仪能够处理的最小和最大信号强度之间的差异。一个宽的动态范围允许更准确地测量低相位噪声水平。

4. 参考电平：

参考电平或标记电平是用来确定相位噪声测量参考点的信号电平。准确设置参考电平对于实现精确的相位噪声测量至关重要。

5. 仪器底噪声：

仪器底噪声是指频谱仪自身产生的噪声。如果底噪声过高，它可能会掩盖住被测设备的相位噪声，导致不准确的测量结果。

判断频谱仪底噪声是否影响远端相噪测试

要判断频谱仪的底噪声是否会影响远端相噪测试，可以通过以下步骤进行：

1. 关闭输入：

断开频谱仪的输入，确保没有信号进入。这将使得频谱仪显示的是其自身的底噪声。

2. 记录底噪声：

记录在感兴趣的频率偏移处的底噪声水平。这个值将作为比较的基准。

3. 输入信号测试：

连接被测设备，并在同一频率偏移处测量相位噪声。

4. 比较结果：

如果被测设备的相位噪声低于频谱仪的底噪声，那么测试结果将不准确。在这种情况下，需要改善频谱仪的底噪声性能或使用更低底噪声的频谱仪。

准确测试相位噪声的方法

为了准确地测试相位噪声，可以采取以下措施：

1. 使用高性能频谱仪：

选择具有低底噪声和高动态范围的频谱仪，以确保测试结果的准确性。

2. 优化测试设置：

确保使用正确的RBW、参考电平和适当的测试电缆。

3. 环境控制：

在屏蔽的环境中进行测试，以减少外部干扰。

4. 校准：

定期对频谱仪进行校准，以确保其性能符合规格。

5. 使用相位噪声测试软件：

一些频谱仪提供专门的相位噪声测试软件，可以自动执行测试并提供详细的报告。

如何使用直接标定法准确测试相噪？

Step 1： 设置合适的中心频率和Span，使得能够显示信号频谱并覆盖需要测试的频偏范围。

Step 2： 将频谱仪射频前端衰减度设置为0dB，以降低底噪，提高相噪测试精度，这一点对于远端相噪测试尤为重要。

Step 3： 将频谱仪的显示检波器类型选择为RMS检波器，这个在之前的文章“如何选择显示检波器”中已有说明，为了得到更加稳定的测试结果，可以考虑增大扫描时间。

Step 4： 设置合适的RBW，RBW并不是越小对测试越有利，降低RBW并不会改善远端相噪测试能力，因为底噪降低的同时，边带功率也会降低，而且RBW太小，速度太慢。但是当测试近端相噪时，比如频偏100kHz以内，RBW需要设置小一点，以对载波信号充分抑制，否则会严重影响相噪测试能力！

近端相噪测试过程中，可以通过逐步降低RBW来选择合适的值，降低RBW的过程中，当相噪测试结果不再降低时，选取此时的RBW即可。

Step 5： 确定载波信号功率及待测频偏处的噪声功率谱密度，以计算相位噪声。

通过Marker功能很容易确定载波信号功率P C ，当然也很容易确定待测频偏处的功率P SSB ，则噪声功率谱密度可通过下式计算：

PSD = P~SSB ~ - 10lg( *RBW * ) ( *dBm/Hz * )

则相噪测试结果为

PN = *PSD * - P~C ~ ( *dBc/Hz * )