淺析頻譜分析儀的相位噪聲和掃描時間

●相位噪聲

沒有一種振蕩器是絕對穩(wěn)定的。雖然我們看不到頻譜分析儀本振系統(tǒng)的實際頻率抖動，但仍能觀察到本振頻率或相位不穩(wěn)定性的明顯表征，這就是相位噪聲（有時也叫噪聲邊帶）。

它們都在某種程度上受到隨機噪聲的頻率或相位調(diào)制的影響。本振的任何不穩(wěn)定性都會傳遞給由本振和輸入信號所形成的混頻分量，因此本振相位噪聲的調(diào)制邊帶會出現(xiàn)在幅度遠大于系統(tǒng)寬帶底噪的那些頻譜分量周圍。

顯示的頻譜分量和相位噪聲之間的幅度差隨本振穩(wěn)定度而變化，本振越穩(wěn)定，相位噪聲越小。它也隨分辨率帶寬而變，若將分辨率帶寬縮小10倍，顯示相位噪聲電平將減小 10 dB。

相位噪聲頻譜的形狀與分析儀的設計，尤其是用來穩(wěn)定本振的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)有關。在某些分析儀中，相位噪聲在穩(wěn)定環(huán)路的帶寬中相對平坦，而在另一些分析儀中，相位噪聲會隨著信號的頻偏而下降。相位噪聲采用 dBc（相對于載波的 dB 數(shù)）為單位，并歸一化至 1 Hz 噪聲功率帶寬。有時在特定的頻偏上指定，或者用一條曲線來表示一個頻偏范圍內(nèi)的相位噪聲特性。

通常，我們只能在分辨率帶寬較窄時觀察到頻譜儀的相位噪聲，此時相位噪聲使這些濾波器的響應曲線邊緣變得模糊。對于分辨率帶寬較寬的濾波器，相位噪聲被掩埋在濾波器響應曲線的邊帶之下。

在任何情況下，相位噪聲都是頻譜儀分辨不等幅信號能力的最終限制因素。根據(jù) 3 dB 帶寬和選擇性理論，我們應該能夠分辨出這兩個信號，但結(jié)果是相位噪聲掩蓋了較小的信號。

●掃描時間

如果把分辨率作為評價頻譜儀的唯一標準，似乎將頻譜儀的分辨率（IF）濾波器設計得盡可能窄就可以了。然而，分辨率會影響掃描時間，而我們又非常注重掃描時間。因為它直接影響完成一次測量所需的時間。

考慮分辨率的原因是由于中頻濾波器是帶限電路，需要有限的時間來充電和放電。如果混頻分量掃過濾波器的速度過快，便會造成下圖所示的顯示幅度的丟失。

如果我們考慮混頻分量停留在中頻濾波器通帶內(nèi)的時間，則這個時間與帶寬成正比，與單位時間內(nèi)的掃描（Hz）成反比，即通帶內(nèi)的時間等于：

其中，RBW = 分辨率帶寬，ST = 掃描時間。

分辨率的變化對掃描時間有重大影響，當分辨率每改變一檔，掃描時間會受到約 10 倍的影響。頻譜分析儀一般會根據(jù)掃寬和分辨率帶寬的設置自動調(diào)整掃描時間，通過調(diào)節(jié)掃描時間來維持一個被校準的顯示。必要時，我們可以不使用自動調(diào)節(jié)而采用手動方式設定掃描時間。如果所要求的掃描時間比提供的最大可用掃描時間還短，頻譜儀會在網(wǎng)格線右上方顯示“Meas Uncal”以表示顯示結(jié)果未經(jīng)校準。