微波测量技术
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相位噪声测量
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噪声
• 白噪声（white noise）
• 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 ）
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频谱分析仪法的缺点与局限性
由于1Hz FFT滤波器形状带来的载波泄漏
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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。
Dcorr:
RMS-检波器 (VBW > 3 ·RBW, 无平均):
取样检波器 (VBW < RBW):
Dcorr = 0 dB
Dcorr = 2.5 dB
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频谱分析仪法
参考信号
D 95.78 dB
显示300kHz频率偏移的相 位噪声-130.72 dBc/Hz = D – 10 * log RBW
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）
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频谱分析仪法的缺点与局限
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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
噪声边带
动态范围 受限于 压缩/噪声
显示平均噪声电平
100 kHz to
1 MHz
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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
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频谱分析仪测量方法
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相位噪声测量结果
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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/Hz
LC
1Hz LPN fo foff
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直接频谱分析
1. 测量载波功率 P0 2. 测量某一频偏 fm 处的噪声功率 3. 结果:
L( f m ) P0 ( Pnoise , f m
Bnoise 10 log( ) Dkorr ) Hz
P0:
Bnoise:
载波功率
Pnoise,fm: 频偏 fm 处的噪声功率 分辨率滤波器噪声带宽
FSIQ7 (spec)
specification
typical
1
10
100
1000
10000
carrier offset /kHz
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噪声边带
相位噪声
噪声边带降低对不等幅信号的分辨率
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动态范围
动态范围依赖于到载波的间距
动态范围
受限于噪声边带 dBc/Hz
其中Φ(t)是随时间而变的相位起伏， 也就是相位噪声
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噪声边带
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。
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谢谢大家!
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频谱仪测量相位噪声的误差源
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 100 kHz) 5. 带宽的不确定性 (因为计算单位为 dBc/Hz)
频率偏移 300 kHz
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剩余噪声的计算
相位噪声显示的是单边带噪声密度 L(f):
S ( f ) 是相位波动的频谱密度
S ( f ) L( f ) 10 log10 2 Pnorm ( f ) 10
L( f ) 10
dBc/Hz -> W/Hz: 剩余调相
rms 2 Pnorm ( f ) df
f1

f2
f2
剩余调频
DFrms 2 f 2 Pnorm ( f )df
f1

抖动
jitterrms
rms 2f osc
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频谱分析仪法的优点ຫໍສະໝຸດ 测试设置简单、快捷 频率偏移范围大 (高达 1 GHz) 可以测试很多信号源的特性
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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
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单边带相位噪声
phase noise / dBc/(1 Hz)
-70 -80 -90 -100 -110 -120 -130 -140 -150 -160 -170 0.1
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。
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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)]