国外 电子 测量技术 -2001 年第 3 期 测 量与 测试 用 频 谱 仪 测 量 相 位 噪 声 的方 法 戴 维 君 倪处 电子 第 2{】 研 究所 西安 (710068) 摘关 键 词 :频谱 分 析仪要 :本文敏述 了用频谱分析收测量相位噪声的方法 , 步骤和应注意的 问题 。 相 位噪 声剐 量 T he M eth od Of P lIa se N oise M easu r em ent U s in g a S p ec tr m n A n a lyz er A bs tr act :T h is pape r d escri bes so me m ethod s ,steps an d atten tio ns us in g a sp ec tr um anal yzer in p h ase n oise m easu rem en t . K ey W or ds :S pectru m analy zer , ph as e n oise mea s u remen t . 频 谱 仪 是 以 频 域 方 式 对 信 号 参 数 进 行 分 析 的 仪 器 , 其实 质 为 一连 续选 频 式 电 压 表 或 扫 频 测 试 接 收 机 , 主 要用 来 观 察 各 种 己 诃 制 信 号 的 频 谱 、 调 制 度 及 信 号 源 的频 谱 纯度 、 有 无谐 波 失 真 、 寄 生 调 制 等 : 频谱 仪 还 有 一 种特 殊 的功 能 , 即相 位 噪声 的弼 试 。 相 位噪声是对 频率综 台器 或 者是 微 波信 号 源 的频 率 稳定度 的一种度量 , 是衡量频 率源稳定度 的重要参数 。 在频谱分析仪上 , 信号的所有不稳定度总和 ( 即相 位噪 声 和 幅度 噪 声 的 总 和 ) 表 现 为 载 波 两 侧 的 噪 声 边 带 , 通 常 当 己 知 幅 度 噪 声 远 小 于 相 位 噪 声 时 ( 小 于 10dB) , 在频谱 仪 上 读 出 的边 带 噪声 即为相 位 噪 声 应 该指 出 , 不 同场 合 对 相 位 噪 声 的要 求 不 同 , 测 量 方法 也 不 同。 典 型 的测试 方 法 已有 相应 的测 试设 备 用 频谱 仪 测 相 位 噪 声 的方 法 为 简 易 的一 种 方 法 , 仅适 台 于要 求 不 高 的 场 台 , 同 时 也 是 广 泛 应 用 和 十 分 有 效 的 方法 , 其特 点 为简 单 , 易操 作 。 用 频 谱 仪直 接 的 测量 方 法为 : 『 ———]l 待 卿 __— — — — — — '+ 额 【 . . — — — — — — — — — , . . . . — — —— Jr_-~一 谱 但 l 【 . . . — — — — — — — — — — — — , , . . 一— — _ _ J 相 位噪 声 的 定 义 : 偏 离载 频 f 处 (f 为指 定 频偏 ) , 单 边 带 相位 噪 声 功 率 密 度 ( 即 单 边 带 内 1Hz 带 宽 内 的 功 率 ) 与载 波 功 率之 比 ff) ( dBc/ H~) 在 频 谱 仪 上偏 离 指 定 频 偏 处 , 得 到 的 是 在 等 效 带 宽 内 B 的 总噪 声 功率 电平 Pssb, 须 将分 辨率 带宽转 换 到 l l-lz的 等 效 噪 声 功 率 带 宽 , 用 公 式 B = 10 1g l 2RBW / 1Hz 表 示 , 加 上 频谱 仪 的修 正 因子 2. 5dB。 用频谱直接测量相位噪声时 , 修正后 的公式 为: ( f ) = Pssb/ Ps 一10 1 g 1. 2R B W /1Hz + 2 . 5 式 中 : Pssb: 指 定 偏 移 频 率 处 , 带 宽 一 定 时 的 一 个边 带 的 噪声 功 率 电平 Ps: 载 波 的功 率 电平 单 位为 : dBe/ Hz 下 面 是 用 HP89440A 频 谱 仪 ( 0 ~ 1 8GHz) 测 试 F L UK E 公 司的 607IA 台 成 源 某 一 信 号 的 相 位 噪 声过 程 和 图表 。 测 试 步 骤 : 1、 设置中心频率 CE NTER 使被测信号靠近屏幕的 左 删 或 中心 。 2 1f殳置 参 考 电 平 REF L EV EL 略 太 于或 等 于 载 波 信 号 的幅 度 : 3、 设 置 适 当的 扫 频 宽度 SPA N 使 之 能 显 现 出带 宽 的 一个 或 两个 噪 声边 带 。 4 、 利用 频 谱仪 的 A MA R K ER 功 能 使 频谱 仪 直 接 读 出指定 频偏 处 的单 边 带 相 位 噪 声 功 率 电平 与 载 波 功 率 电平 之 比值 ( 记 录此 时 的分 辩 率带 宽值 ) 5 、 用 频 谱 仪 的 相 位 噪 声 公 式 , 计算 出 归 一 化 的 相 位 噪声 值 。 图 1、 图 2 所 示 是 6071A 载波 信号 为 1GHz, 频 偏 为 10kH z 处 Pssb/ Ps值 , 分 别 为 一89 . 2dB 、 一79 . 6dB . 两 者 A MA R K E R 差 约 为 lOdB 差 也 为 10dB, 故 两 者 的 最 后 相位 噪 声 值 是 一致 的 :用 公 式 计算 如 下 : R BW 分 30 Hz、 300 I-/ z . B 值 ~¨~ 维普资讯 http://www.cqvip.com 国外电子测 量技术 ·2001 年第 3 期 测量 与测试 图 1 中 R BW = 30[-lz , 相 位 噪声 为 : ( 1OkHz) 89 2 —101g1. 2 × 30 + 2 5 102 2( dBc/ l-lz) 图 2 中 R BW = 300Hz, 相位 噪声 为 : l OkHz) = 一78 8 —101g l 2 × 300 + 2 . 5 ≈ 101 9( dBc/ Hz) 测 试设 置 不 同 , 测 试 值 相 近 。 (两 者测 试 误 差 约 为 0 3d8 ) 一 、 、 r 圈 1 g O$'tZS~ T 】 ㈣ |E glDB l l l l / l / \ C E N 哑: 1 ∞ 啾2口 , Gh SP A N: 1~ ' kHz 雷 2 如 果说 图 1、 圈 2 表 示 的是 , 用 不 同 的 RBW 测 试 同 一载波 的 同一 频 偏点 的 相 位 噪 声 方 法 的话 . 那 么 , 在 图 3、 圈 4 中则 表示 的是 : 用 同一 频 谱 仪 测 试 不 同 频 偏 时 , 所 测 的最 低 频 偏 值 的 能 力 是 不 同 的。 如 图 3、 图 4 所 示 。 图 3 是 用 89440A 频 谱仪 测 试 6071A 的 10MHz 时 基信号频偏为 500Hz 的 Pssb/ Ps 值 89440 A 的设 置 为 : R B W = 10 H z S P A H = l k H z —l 2一 从 图 中可 以 看 出 , 其 最 小 频 偏 点 可 从 几 十 赫 兹 开 始 。分 辨率 带 宽 越 小 , 频 偏 点 越 小 。 最 小 可 测 点 由频 谱仪 本 身 的测 试 能力 决定 A h 50 0 0 № 一 1~88 ~88 T 1 l l I l ^ / ~ C 日● T E R : I o口 Oa o5 M № 图 3 ^0 蛔 10 012 3 lh 舶7啊 ■ i 图 4 图 4 所 示 是 用 89440 A 频 谱 仪 测 试 6071A 的 10MHz 时基 信 号 频偏 为 l OkHz 的 Psab/ Ps 值 。 89440A 的设 置 为 : R B W = 3 0 0 H z SP A N = 15 k H z 频偏 起 始值 约 为 几百 赫 兹 。 综 上 所 述 , 频 谱 仪 的 RBW 和 SPA N 设 置 , 可 根 据 被测 试 点 的 要 求 而定 , 决 定 频 偏 起始 值 的 主 要 因 素 是 频谱 仪 最 小分 辨 率 带 宽 RBW 值 。 通 常 须 注意 的 同题 是 : 被测蔼 的相位噪声 。 2、 频谱 仪 应 取 多 次 测 试 平 均 值 ( 有 的频 谱 仪 有 此 功 能 ) 。 3、 先进 的频谱 仪 可 直 接 得 到 经 修 正 后 的 归一 化 的 相位 噪 声 值 。 4 、 频谱仪 的分辨率带宽 RBW 值应尽量 的小。 维普资讯 http://www.cqvip.com