相位噪声测不准？迹线总是抖动？附详细设置步骤！

在使用频谱仪测量相位噪声时，许多工程师会遇到一个常见问题：相位噪声迹线抖动。同一台设备，在不同时间、不同设置下测得的相位噪声结果飘忽不定？或者测量值总是无法达到器件手册的理论值？这通常并非仪器故障，而是测量方法中隐藏的“陷阱”所致。

今天，我们将深入分析相位噪声的本质，探讨影响其测量稳定性的因素，并给出优化测量结果的实操技巧。

什么是相位噪声？ 

在实际应用中，理想的正弦波信号在频域上通常表现为一个单频率的谱线，但现实中的信号总会存在随机的相位波动，相位噪声就是这种短期不稳定性的频域表征。

简单来说，相位噪声使得信号的频谱从理想的单一频率扩展为连续的噪声边带，降低了信号的频谱纯度。

在频域中，它表现为紧邻载波两侧的噪声“裙边”，这种噪声边带会淹没近载波端的微弱信号，对通信、雷达等系统的性能产生直接影响。

相位噪声的大小通常以dBc/Hz为单位，表示在偏移载波某一特定频率处，1Hz带宽内的单边带噪声功率与载波总功率的比值。该数值越低，说明信号的相位纯度越高。

为什么测量相位噪声时会出现抖动？ 

当你使用频谱仪测量相位噪声时，可能会看到频谱图上的相位噪声迹线不稳定、甚至发生抖动。这个问题通常由以下几个原因引起：

频谱仪的本振噪声，测量精度的根本限制

频谱仪自身的本振相位噪声是测量外部信号相位噪声时最根本的误差来源和测量指标上限。

其原理在于，任何频谱仪在测量时，都会将被测信号的相位噪声与其内部本振（LO）的相位噪声在混频过程中进行矢量叠加。

（1）近端测量的绝对瓶颈：在靠近载波的频偏处（如100Hz至100kHz），被测信号的相位噪声通常很低。此时，频谱仪自身的本振噪声将占主导地位，直接“掩盖”或“叠加”在测量结果上，导致读数严重偏离真实值。换句话说，你测量的可能是频谱仪自己，而不是被测信号。

（2）“10dB准则”：为确保测量有效，通常建议频谱仪在目标频偏处的本底相位噪声应至少比被测信号的预期噪声优10dB以上。否则，测量结果将不可信。

（3）启用专用模式与噪声校正：选择正确的本振模式：现代高性能频谱仪（Keysight X系列或R&S FSW）都有提供“低相位噪声”或“Phase Noise Optimized”等本振噪声优化模式。在测量近端相位噪声时，务必手动启用此模式，以发挥仪器**性能。打开“噪声校正”功能，该功能允许仪器存储自身的底噪，并在后续测量中自动扣除，从而显著扩展有效的动态范围。

（4）考虑替代方案：当被测信号的相位噪声性能极高，接近或优于顶级频谱仪的相噪时，直接频谱仪法已不适用。此时必须采用基于鉴相器和互相关技术的专用相位噪声分析仪，它们通过复杂的信号处理技术能极大抑制内部噪声的影响，实现远超频谱仪的测量灵敏度。

分辨率带宽（RBW）设置

分辨率带宽是影响测量精度与速度的核心参数。RBW的设置直接影响显示的噪声电平：RBW每减小10倍，显示的平均噪声电平降低10dB，但同时扫描时间会显著增加。

RBW设置过宽，噪声边带会被平滑，测量结果不准确，无法分辨近载波的噪声细节。

设置RBW的核心原则：它应足够窄，以确保在您所关心的频偏范围内（例如100Hz、1kHz、10kHz偏移处），频谱仪能够清晰分辨噪声边带的形状，而不会因滤波器的平滑效应导致读数偏低。

实际操作中，可首先设置一个较小的RBW（如10Hz）观察完整的相位噪声曲线，然后在满足测量精度要求的前提下，逐步增大RBW以缩短扫描时间，直至观察到曲线形状开始发生变化，即选择此前一个RBW值作为最终设置。

如何精确测量相位噪声？优化建议 

第一步：测量基础--仪器评估与核心设置

在测量前，正确的仪器选择和基础设置是成功的基石。

（1）验证频谱仪相位噪声，遵守“10dB准则”

核心原则：频谱仪在目标频偏处的本底相位噪声性能必须至少比被测信号预期噪声低10dB以上，否则测量结果反映的是仪器自身性能。

操作：查阅频谱仪手册中的相位噪声曲线，或使用一台超低相噪的信号源（如R&S SMW200A、Keysight 8267D），以此判断仪器是否适用。

（2）优化输入与参考，释放仪器潜力

输入衰减：设置为“自动”或适度手动值。在防止输入过载（衰减过小）和避免恶化系统噪声系数（衰减过大）之间取得平衡。

低相噪模式：测量近端相位噪声时，手动启用频谱仪的“低相位噪声Phase Noise Optimized”或“Low Jitter Mode”模式，以优化本振稳定性。

参考源：若频谱仪本振稳定性不足，连接一个更洁净的外部参考时钟能直接改善其本底噪声，这对近端测量极为有效。

第二步：关键设置--RBW、检波与平均

正确的参数配置是获得准确频谱视图的关键。一个快速参考如下：

第三步：进阶魔法--应用高级方法与功能

对于要求严苛或常规方法受限的测量，需采用更高级的手段。

（1）启用噪声校正功能：若您的频谱仪支持“噪声校正”功能。尽量使用，这是突破仪器固有极限、测量极低相位噪声的关键。

（2）考虑专用相位噪声分析仪：当信号相位噪声接近或优于顶级频谱仪本底时（如测量超低噪声晶振、VCO残余噪声），必须使用基于鉴相器和双通道互相关技术的专用分析仪（如Keysight E5052B或R&S FSWP）。该技术能极大抑制内部噪声，提供比频谱仪高20dB以上的灵敏度。

keysight频谱仪测量相噪步骤 

基本频谱模式测量方法

（1）设置中心频率：按Freq键→输入被测信号的频率（如1.8GHz）。

（2）设置扫宽：按Span键设置合适的扫宽（如500kHz，5倍偏移频率）。

（3）调整参考电平：按Amplitude→RefLevel，设置参考电平略高于信号峰值（避免过载）。

（4）优化分辨率带宽（RBW）：按BW键→设置RBW为1kHz或更小（降低RBW可提高灵敏度，但会增加扫描时间）；

（5）标记峰值：peak搜索信号峰值。

（6）选择差值标记（设置偏移频率），噪声标记功能（Mark noise）进行归一化计算。

相位噪声测量模式

（1）启用相位噪声测量模式：按Meas键→选择PhaseNoise（部分型号需在“测量应用”菜单中启用）。或通过Mode→选择Spectrum Analyzer+PhaseNoise+Log Plot（如N9030B）。

（2）设置载波频率：按Freq键→输入被测信号的频率（如1.8GHz）。

（3）设置偏移频率范围：输入起始偏移（如10Hz）和终止偏移（如1MHz），覆盖感兴趣的频偏范围。

（4）选择载波跟踪模式：若信号频率漂移较大，启用Carrier Tracking（自动锁定载波频率）。

（5）优化检波器：按Detector→选择Average或RMS检波方式，提高测量稳定性。