频谱分析仪相位噪声测量原理

成都信息工程学院1微波测量技术相位噪声测量成都信息工程学院2微波测量技术噪声•白噪声（whitenoise）•是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。所有频率具有相同能量的随机噪声•高斯白噪声（WGN）•高斯白噪声的概念.白指功率谱恒定;高斯指幅度取各种值时的概率p(x)是高斯函数.•加性高斯白噪声（AWGN）从统计上而言是随机无线噪声，其特点是其通信信道上的信号分布在很宽的频带范围内。成都信息工程学院3微波测量技术相位噪声•一纯净的正弦信号可表达为：V(t)=Vssin2πf0t•由于噪声的存在，该信号的相位是随时间随机变化的，因此该信号可表达为•V(t)=Vssin[2πf0t+Φ(t)]其中Φ(t)是随时间而变的相位起伏，也就是相位噪声成都信息工程学院4微波测量技术表示频谱分析仪本振短期不稳定度。混频过程将任何本振不稳定性变换为混频分量。噪声边带常用dBc/Hz表示（相对载频1Hz带宽内的功率）。噪声边带又称相位噪声。噪声边带成都信息工程学院5微波测量技术成都信息工程学院6微波测量技术噪声边带对整机性能的影响测量频率的下限频率分辨率灵敏度动态范围被测信号的相噪成都信息工程学院7微波测量技术单边带相位噪声-170-160-150-140-130-120-110-100-90-80-700.1110100100010000carrieroffset/kHzphasenoise/dBc/(1Hz)specificationtypicalFSIQ7(spec)成都信息工程学院8微波测量技术噪声边带噪声边带降低对不等幅信号的分辨率相位噪声成都信息工程学院9微波测量技术噪声边带动态范围受限于噪声边带dBc/Hz显示平均噪声电平动态范围压缩/噪声受限于100kHzto1MHz动态范围依赖于到载波的间距动态范围成都信息工程学院10微波测量技术雷达应用–指示运动目标高的相位噪声引起目标判断混淆目标反射信号成都信息工程学院11微波测量技术频谱分析仪测量方法成都信息工程学院12微波测量技术相位噪声测量结果成都信息工程学院13微波测量技术成都信息工程学院14微波测量技术相位噪声测量•相位噪声是描述信号质量的重要指标•单边带相位噪声（SSB）•是指相对于载波一定频偏处的1Hz带宽内的能量与载波电平的比值，相应的单位为dBc/Hz1HzfofffoLPNLC成都信息工程学院15微波测量技术直接频谱分析1.测量载波功率P02.测量某一频偏fm处的噪声功率3.结果:))log(10()(,0korrnoisefnoisemDHzBPPfLmP0:载波功率Pnoise,fm:频偏fm处的噪声功率Bnoise:分辨率滤波器噪声带宽Dcorr:RMS-检波器(VBW3·RBW,无平均):Dcorr=0dB取样检波器(VBWRBW):Dcorr=2.5dB成都信息工程学院16微波测量技术参考信号频率偏移300kHz显示300kHz频率偏移的相位噪声-130.72dBc/Hz=D–10*logRBWD95.78dB频谱分析仪法成都信息工程学院17微波测量技术成都信息工程学院18微波测量技术剩余噪声的计算10)(1010)(2)(log10)(fLnormfPfSfL相位噪声显示的是单边带噪声密度L(f):是相位波动的频谱密度)(fSdBc/Hz-W/Hz:剩余调相剩余调频抖动21)(2ffnormrmsdffPD212)(2ffnormrmsdffPfFoscrmsrmsfjitter2成都信息工程学院19微波测量技术频谱分析仪法的优点测试设置简单、快捷频率偏移范围大(高达1GHz)可以测试很多信号源的特性杂散发射邻信道功率泄漏高次谐波直接显示相位噪声（当调幅噪声忽略不计时）成都信息工程学院20微波测量技术频谱分析仪法的缺点与局限成都信息工程学院21微波测量技术频谱仪模式的不足和局限性无法区分调幅噪声和相位噪声灵敏度受仪器固有的相位噪声限制无载波抑制小频偏时测量范围受分辨率带宽和滤波器选择性所限制动态范围有限成都信息工程学院22微波测量技术由于1HzFFT滤波器形状带来的载波泄漏频谱分析仪法的缺点与局限性成都信息工程学院23微波测量技术频谱仪测量相位噪声的误差源1.当测量结果和频谱分析仪的固有指标可以相比拟时，校正频谱分析仪相位噪声带来的影响。举例：如果测量结果比固有指标高3dB，那么，测量的相位噪声应该修正3dB。成都信息工程学院24微波测量技术2.频谱分析仪的线性误差3.参考电平设置的不确定误差（如果测量过程中参考电平有调整）4.衰减器切换不确度（如果测量过程中衰减器有调整）5.频率响应误差（频率偏移大于100kHz)5.带宽的不确定性(因为计算单位为dBc/Hz)频谱仪测量相位噪声的误差源成都信息工程学院25微波测量技术谢谢大家!