论文导读：相位噪声是衡量信号源频稳质量的主要技术指标，专用的相位噪声测试系统设备量庞大，价格昂贵，用频谱分析仪测量相位噪声是一种简单直接的测量方法，而频谱分析仪作为通用的测量仪器，广泛应用于普通实验室和雷达、通信、电子设备的生产使用中。针对某频谱仪开发的相位噪声测试选件不仅能为用户自动完成相位噪声测量功能，并提供多样化的测试报表，使相位噪声的测量变得简单、快捷。
关键词：频谱分析仪，相位噪声
1引言
相位噪声是衡量信号源频稳质量的主要技术指标，专用的相位噪声测试系统设备量庞大，价格昂贵，用频谱分析仪测量相位噪声是一种简单直接的测量方法，而频谱分析仪作为通用的测量仪器，广泛应用于普通实验室和雷达、通信、电子设备的生产使用中。随着现代频谱分析仪性能（动态范围、分辨率、内部噪声）的不断提高，给直接频谱分析法创造了有利条件。针对某频谱仪开发的相位噪声测试选件不仅能为用户自动完成相位噪声测量功能，并提供多样化的测试报表，使相位噪声的测量变得简单、快捷。本文重点介绍了用频谱分析仪测量相位噪声的原理与相噪选件的实现。
2相位噪声的基本概念
频率稳定度是信号源的重要指标，指在一定的时间间隔内，信号源输出频率的变化。根据时间间隔的长短可分为长期稳定度和短期稳定度。短期稳定度在时域表现为在波形零点处的抖动，可以用相对频率起伏（阿伦方差）来描述，在频域则用相位噪声来表征。一个有幅度和频率起伏的正弦波可表示为：
υ（t）= [V0 +a(t)]sin[2πf0t+φ（t）] （1）
式中a（t）= 幅度噪声，φ（t）= 相位噪声
通常信号源输出的信号都会有调幅噪声a(t) <<V0，它不直接造成频率起伏或相位起伏，不影响频率稳定度，在这里可以忽略不计。信号的噪声边带主要由调相噪声引起，实际测量中常用单边带相位噪声（SSB）来表示短期频率稳定度，美国国家标准局把SSB相位噪声（L(ƒm)）定义为：偏离载波频率ƒm Hz，在1Hz带宽内一个相位调制边带的功率PSSB与总的信号功率Ps之比，即
L(ƒm)=  = （2）
L(ƒm)是相位噪声最常用的表示形式，通常用相对于载波波段1Hz带宽的对数表示（dBc/Hz）。由于信号源的稳定性具有随机性，对于随机相位噪声（起伏），可用功率均方根值（有效值）来表示。式3是相位噪声有效值的对数表示：
LPN （3）
式中：LPN 为相位噪声，单位是dBc/Hz；PSSB为1Hz等效噪声带宽内的单边带功率；P s为载波功率。
3相位噪声测量的基本原理
由式3可知，用频谱分析仪测量相位噪声可以分以下几步进行：a）测量载波功率Ps(dBm)；b）测量偏离载波频率F处1Hz等效噪声带宽内的单边带功率PSSB(F)(dBm)；c）根据式3计算出待测量的相位噪声：
 （4）
但实际测量中，频谱分析仪的设置与理想测量状态存在误差，需要进行修正。免费论文。免费论文。修正值一般有两项：
1) 根据L(ƒm)定义，PSSB为1Hz等效噪声带宽内的单边带功率，而频谱分析仪的分辨率带宽不等于其对应的等效噪声带宽，因此需对测量带宽进行修正，即噪声带宽标准修正因子：
 （5）
式中，B1Hz为频谱分析仪设置的1Hz分辨率带宽，Bn为频谱分析仪1Hz分辨率带宽对应的等效噪声带宽。一般的频谱分析仪，Bn约等于对应分辨率带宽的1.2~1.5倍。比较准确的方法是用实际测量的等效噪声带宽代替频谱分析仪的3dB带宽。
2）此项修正是由于测量随机噪声带来的误差。大多数模拟频谱分析仪中，采用对数中频放大器和峰值检波器。频谱分析仪的对数放大器对噪声信号中峰值的放大作用小于其余的噪声信号，使测量值偏低；另外，式4是使用RMS检波器时的计算公式，用sample检波器或峰值检波器测量噪声时, 会引入测量误差。对数放大器和检波器引入的误差通常为+2.5dB。
上述两项误差的修正与所用仪器的型号有关。修正后相位噪声的计算公式为：  （6）
4相位噪声选件的设计
4.1对频谱分析仪软硬件的要求
只有测试系统的基准噪声优于待测源(装置)的相位噪声时，测量才是有效的，所以要求频谱分析仪具有尽量低的内部本振相位噪声和本底噪声（灵敏度）。在软件方面，某频谱分析仪支持类Basic的编辑和编译，能满足软件运行的直接要求，实时校准功能对中频电路各项参数进行优化补偿，为进行准确测量提供保障；在硬件方面，某频谱分析仪采用低相噪锁相合成扫频本振技术和数字滤波技术，大大提高了本振频率的稳定度，降低了频谱分析仪内部本振的相位噪声，分辨率带宽最小到1Hz，为进行相位噪声测量提供了硬件基础。某频谱分析仪具有开发相位噪声测量软件的软硬件基础。
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