相位噪声从频域描述了信号频率的稳定度,是描述信号质量的重要指标。对于多普勒雷达系统、无线电通信、空间信号传输等应用有着重要的影响。对信号进行相位噪声指标测量是现在工作中经常遇到的事情,本文首先从信号相位噪声的定义入手,重点介绍使用信号分析仪进行相位噪声测量的方法及注意事项。
1、相位噪声是什么?
在频域内,一个理想正弦波信号的表现是一个单谱线;实际信号除了主信号之外还包括一些离散的谱线,它们是随机的幅度和相位的抖动,在正常信号的左右两边以边带调制的形式出现。在频域内信号的所有不稳定度总和表现为载波两侧的噪声边带,边带噪声是一个间接的测量与射频信号功率频谱相关噪声功率的指标。边带噪声可以表述为调频边带噪声和调幅边带噪声。大多数的被相位噪声测试系统测量信号的调幅边带功率相对调频边带功率来说都很小,所以对大多数信号来说测量的边带噪声就是调频边带噪声(即相位噪声也称单边带相位噪声)。它的定义为1Hz带宽内相位调制边带的功率和信号总功率的比值,单位为dBc/Hz。在信号/频谱分析仪上,边带噪声是相位噪声和幅度噪声的总和,通常当已知调幅噪声远小于相位噪声时(小于 10dB以上),在频谱仪上读出的边带噪声即为相位噪声。
在290K环境温度下,噪声功率基底是-174dBm/Hz。由于相位噪声和调幅噪声对热噪声的贡献是等同的,所以相位噪声对热噪声的贡献是-177dBm/Hz,比热噪声低3dB。如果载波功率较小,例如-20dBm,相位噪声就被限制到-157dBc/Hz(-177dBm/Hz-(-20dBm))。下表是载波功率和相位噪声极限值的对应表。
2、相位噪声的测量