相位噪声的两种定义与测试方法简述

发布网友 发布时间：2024-09-09 22:55

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热心网友 时间：2024-10-17 00:55

相位噪声作为射频技术中的关键指标，对通信系统、雷达应用及高速数字电路产生重大影响。它衡量的是振荡器在短时间内频率稳定度的波动，影响矢量调制信号质量，恶化误码率，影响雷达相参处理增益及杂波抑制能力，以及高速数字电路工作频率。

相位噪声可表示为振荡器输出信号的幅度波动与相位波动。理想正弦波可以表示为 A(t) =A0 cos(ω0 t +φ )，其中幅度、频率及相位可能受到噪声影响，导致信号频谱展宽。真实情况下，正弦波信号可表示为 A(t) =A0 [1+α(t) ] cos[ ω0 t +φ(t) ]，其中 α(t) 为幅度波动，φ(t) 为相位波动。

一、相位噪声的频谱定义与测试方法

相位噪声的频谱定义是以载波幅度为基准，在偏移一定频率下的单边带相对噪声功率。这个数值在1Hz带宽下表示相对噪声电平，单位为dBc/Hz。频谱仪常用于测试，该定义在1988年的IEEE标准中被采用。然而，频谱仪测试相位噪声存在局限性，包括测量灵敏度、无法区分调幅噪声和相位噪声、受限于最小频偏以及动态范围。

二、相位噪声的相位定义与测试方法

为了提高相位噪声测试灵敏度，工程师引入了直接测量信号相位的鉴相器法。1999年的IEEE标准中，将相位噪声定义为单边带相位噪声 L(f)，即随机相位波动 φ(t) 单边带功率谱密度 Sφ (f) 的一半，单位为dBc/Hz。鉴相器法通过鉴相器直接测量信号的相位时域波动，结合FFT变换获得频域描述，提高测试灵敏度。该方法结合锁相环实现自动测试，与互相关算法配合，进一步提升测试灵敏度。

三、两种定义的差异及工程应用

工程实践中，使用频谱仪测量时遵循频谱定义，而使用相位噪声分析仪遵循相位定义。两者在相位噪声较小时测量结果一致。在工程实践中，通常关注相位噪声较小的情况，因此无需担心两种定义之间的差异。通常，当相位噪声小于-80dBc/Hz时，两种定义之间的测量差异可以忽略不计。

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