相位雜訊是表徵cw訊號頻譜純度的非常重要的引數，衡量了訊號頻率的短期穩定度。通常所說的相噪為單邊帶(ssb) 相位雜訊，相噪的好壞對於系統的效能至關重要！
·對於終端通訊而言，如果接收機lo的相噪較差，且在通道附近存在較強的單音干擾時，在下變頻過程中因交叉調製將導致通道內的雜訊增加，從而惡化訊雜比，嚴重時將無法進行正常通話！
·對於衛星通訊而言，如果發射機lo的相噪較差，將直接惡化數字調製訊號的質量，星座圖模糊，evm變差，從而影響有效的資料傳輸！
·對於雷達而言，如果整機的lo相噪較差，將導致部分目標的微弱回波訊號淹沒在強回波訊號的邊帶中，從而無法正常檢測！
由此可見，相噪效能是保證系統效能的重要前提！
因此，在裝置研製階段，通過合適的測量手段檢驗相噪效能是非常重要的乙個工作環節。如何檢驗訊號的相噪效能呢？
對於相位雜訊的測試，目前業界常用的方法包括：基於頻譜儀的測試方法和基於鑑相器的測試方法。使用頻譜儀測試相噪又可分為，直接標定法和使用專門的相噪選件進行自動化測試。直接標定法即手動測試，經濟實惠，但是操作相對繁瑣；使用相噪選件自動化測試操作方便，可以直接給出相噪曲線，但是需要購買！至於基於鑑相器方法的裝置，屬於更加專業的相噪測試裝置，測試能力更強，當然也是**不菲的。
如果在研發階段，只是要檢驗某些頻偏處的相噪，而不要求直接得到相噪曲線，可以考慮使用頻譜儀直接標定訊號相噪，直接標定法也是下面要重點介紹的內容。
本文將首先介紹相噪的定義，然後介紹影響頻譜儀相噪測試能力的因素，最後將給出手動測試相噪的關鍵步驟及注意事項。
相位雜訊是如何定義的？
相噪的定義是大家所熟知的，如圖1所示，在距離載波fc 一定頻偏處的雜訊功率譜密度與載波功率的比值即為相位雜訊，通常是指單邊帶相位雜訊(ssb pn)，單位為dbc/hz。「c」可以理解為載波carrier，意思是相對載波的電平。類似地，在描述諧波失真度時通常也採用單位dbc。
對於理想的cw訊號，其頻譜為單根譜線，而實際上由於相位雜訊的存在，使得其頻譜具有圖1所示的邊帶，距離載波越遠，邊帶幅度越小，意味著相位雜訊也越好。
相位雜訊的存在，使得訊號的相位是隨機波動的。之所以訊號具有圖1所示的邊帶，是因為相位雜訊相當於寬頻雜訊對訊號進行了相位調製！當然，訊號的幅度也是存在波動的，相當於寬頻雜訊對訊號進行了幅度調製，這部分雜訊稱為調幅雜訊。相位雜訊和調幅雜訊並存，使得訊號具有一定的邊帶。
實際上，按照上述定義得到的相噪測試結果既包含了相位雜訊，也包含了調幅雜訊，通常調幅雜訊相對於相位雜訊要小得多，可以忽略，因此也就將測試結果當作相位雜訊了。基於頻譜儀的相噪測試，無論是直接標定還是自動化測試，都是這種情形。如果要分離出相位雜訊和調幅雜訊，只能採用鑑相測試方法了。
值得一提的是，能夠分離相位雜訊和調幅雜訊只是鑑相器測試法的特性之一，鑑相器法的最主要目的是為了改善相噪測試靈敏度，提高相噪測試能力！
圖1. 單邊帶相位雜訊的定義
決定頻譜儀相噪測試能力的因素有哪些？
曾經有過這樣的困惑，頻譜儀怎麼會有相噪的指標，相噪不是訊號源的指標嗎？後來才明白，頻譜儀的相噪其實是內部lo訊號的相噪，而且它決定了頻譜儀近端相噪的測試能力。頻譜儀自身的相噪越低，則相噪測試能力越強！
頻譜儀自身的相噪是如何影響其相噪測試能力的呢？
以圖2為例，假設rf訊號是理想的，lo訊號具有一定的邊帶，在下變頻過程中，除了將rf訊號變頻至if外，lo訊號的邊帶也會一起搬移至if。混頻器實際上起到乘法器的作用，rf訊號與lo訊號相乘實現下變頻的同時，也會與lo訊號邊帶包含的頻率成分相乘，從而使得邊帶也變頻至if附近。有的文獻將此稱為互易混頻，互易混頻使得lo訊號的邊帶搬移至if。
近端相噪測試通常只關注1mhz頻偏範圍內的相噪，考慮雙邊帶時，對應的是fc± 1mhz範圍內的邊帶。對於混頻器而言，可以認為在2mhz這麼窄頻寬內的變頻損耗是恆定的，這意味著對於圖2所示的例子，if訊號的相噪與lo訊號的相噪是相同的！這個相噪就是頻譜儀自身的相噪「底雜訊」，一般稱為相噪測試靈敏度，決定了頻譜儀的相噪測試能力。
如果待測訊號的相噪低於頻譜儀自身的相噪，當然是測不出訊號真實的相噪水平。檢定頻譜儀相噪指標時，一般會選擇一台相噪更好的訊號源，相噪測試結果能夠反映出頻譜儀自身的水平。
如果要準確測試訊號的相噪，則要求頻譜儀自身相噪比待測訊號好很多，按照經驗，至少優異10db以上，才能保證測試精度！
圖2. lo的相噪因互易混頻搬移至if輸出訊號
以上介紹了影響近端相噪測試能力的因素，隨著頻偏的不斷增大，lo訊號的相噪也是逐漸降低的，此時決定儀表相噪測試能力的因素可能不再是lo的相噪，而是儀表的底雜訊。
如何判斷頻譜儀底雜訊是否影響遠端相噪測試呢？
有兩種方法可以嘗試：
(1) 降低訊號功率，觀測遠端邊帶是否也跟隨降低，如果沒有變化，說明底雜訊確實影響遠端相噪測試；如果遠端邊帶也隨之降低，則說明底雜訊帶來的影響很小。
(2) 直接關閉訊號，保證頻譜儀其它設定不變，對比此時的底雜訊與關閉訊號之前的遠端邊帶功率的大小。如果底雜訊低於遠端邊帶功率(建議10db以上)，則對測試影響較小；如果底雜訊與遠端邊帶持平，則必然會影響測試結果！
如果底雜訊影響了遠端相噪測試，如何解決呢？
可以在一定程度上增大訊號功率，因為訊號功率越高，邊帶功率也隨之提高，使其高出底噪一定水平，從而保證測試精度。但不能導致頻譜儀過載，否則將擾亂測試結果，必要時，可以使用陷波器抑制載波訊號。
或者選擇底雜訊更低的頻譜儀進行測試！
如何使用直接標定法準確測試相噪？
了解影響頻譜儀相噪測試能力的因素之後，下面介紹一下如何使用直接標定法測試訊號的相噪。
這裡不涉及頻譜儀具體的操作，只給出關鍵的測試步驟及注意事項。
為了提高相噪測試精度，建議適當提高訊號功率，以得到更高的邊帶功率，推薦訊號功率在±5dbm範圍之內，太強可能導致頻譜儀過載。
step 1：設定合適的中心頻率和span，使得能夠顯示訊號頻譜並覆蓋需要測試的頻偏範圍。
step 2：將頻譜儀射頻前端衰減度設定為0db，以降低底噪，提高相噪測試精度，這一點對於遠端相噪測試尤為重要。
step 3step 4：設定合適的rbw，rbw並不是越小對測試越有利，降低rbw並不會改善遠端相噪測試能力，因為底噪降低的同時，邊帶功率也會降低，而且rbw太小，速度太慢。但是當測試近端相噪時，比如頻偏100khz以內，rbw需要設定小一點，以對載波訊號充分抑制，否則會嚴重影響相噪測試能力！
近端相噪測試過程中，可以通過逐步降低rbw來選擇合適的值，降低rbw的過程中，當相噪測試結果不再降低時，選取此時的rbw即可。
step 5：確定載波訊號功率及待測頻偏處的雜訊功率譜密度，以計算相位雜訊。
通過marker功能很容易確定載波訊號功率pc，當然也很容易確定待測頻偏處的功率pssb，則雜訊功率譜密度可通過下式計算：
psd=pssb
- 10lg(rbw ) (dbm/hz )
則相噪測試結果為
pn=psd - pc
(dbc/hz )
目前業界大部分頻譜儀都支援使用marker直接測試功率譜密度，再通過顯示marker的delta mode便可以直接顯示相噪結果，這樣就省去了上述計算步驟，使用非常方便！
以上便是要給大家分享的內容，希望對大家有所幫助~~
小文雖短但不乏精華，希望大家持續關注「微波射頻網」，後續精彩不斷
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