频谱分析仪的那些事儿---之相位噪声

频谱分析仪的本地振荡器（LO）都是由时钟参考源（通常是晶体振荡器）倍频而来的。没有那种参考源是绝对稳定的，它们都在某种程度上受到随机噪声的频率或相位调制的影响，这个影响程度随时间在变化。时间的稳定度可以分为两类：长期稳定度和短期稳定度，长期稳定度是指时钟频率偏离绝对值的多少，一般用ppm（百万分之一）来表示；短期稳定度是时钟相位瞬态的变化，在时域上称为抖动（jitter），在频域上称为相位噪声（Phase Niose），表示为指相对于载波一定频偏处的1Hz带宽内能量与载波电平的比值，单位为dBc/Hz。

在系统层面，相位噪声反映了仪器整个时钟环路的稳定度，数学部分的ADC与数字中频处理也会有影响，但是相位噪声最主要的影响因素仍是参考源及时钟环路。

现代频谱分析仪普遍基于外差（Heterodyne）接收机“频率选择”的结构，混频器将输入的射频信号和本振信号相乘然后滤波，得到变频后的中频信号。即使输入的射频信号是一个很纯净的正弦波，混频器也会将本振的相位噪声带入混频结果，形成一个具有相同相位噪声的中频信号。

并不是所有的测量都会受到相位噪声的影响，相位噪声和中频的能量是固定的比例关系，当信号电平远大于系统底噪时，这个相位噪声才会大于系统的底噪，那么它将就会明显的出现在载频的周围。在矢量信号分析中，信号的相位也包含着重要的信息，本振的抖动将恶化中频相位的信噪比，所以相位噪声对矢量信号的EVM也有着重要的影响。因此，当对包含了本振相位噪声的中频进行“峰值检测”时，相位噪声就会体现在测量结果中。在某个RBW下，距离这个频率很近同时幅度又高于系统显示平均噪声电平的另一个信号，虽然可被RBW在频率轴分辨出来，但仍会隐藏在相位噪声之下。

相位噪声也是一种随机噪声，它和系统的显示平均噪声电平一样，随分辨率带宽的变化规律一致，若将分辨率带宽缩小10倍，显示相位噪声电平将减小10dB。

相位噪声只会影响载波附近的小信号的分辨，随着距离载波的频率而逐渐衰减，近端的相位噪声固然影响了频率分辨能力和幅度动态范围，但是当距离载波足够远时，远端的相位噪声会低于系统的显示噪声平均电平，这时就看不到相位噪声的影响了。

在将参考源倍频得到本振的过程中，稳定度也将按倍频比例恶化，其结果是相位噪声变差，因此相位的标定通常要对应特定的测量频率，例如在500MHz、1GHz等频率点测量。典型的相位噪声曲线经常要提供多个频率点的情况，例如偏离1kHz、10kHz、100kHz分别给出测量值，便于横向比较。

如何确定一台频谱分析仪的相位噪声呢？一般情况下常常关注的是近端相位噪声，也就是距离载频1MHz以内的相位噪声。使用一个高精度信号源（此信号源的相位噪声必须小于频谱分析仪的相位噪声）设置1GHz、0dBm的正弦波，频谱分析仪设置的RBW在合适的扫描时间例如1kHz，此时分别观察距离峰值10kHz、100kHz位置的差值，根据RBW归一化到1Hz即可得到在1GHz下偏移10kHz、100kHz的相位噪声水平。