淺析頻譜分析儀的相位噪聲和掃描時(shí)間

●相位噪聲

沒(méi)有一種振蕩器是絕對(duì)穩(wěn)定的。雖然我們看不到頻譜分析儀本振系統(tǒng)的實(shí)際頻率抖動(dòng)，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(shí)也叫噪聲邊帶）。

它們都在某種程度上受到隨機(jī)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(huì)傳遞給由本振和輸入信號(hào)所形成的混頻分量，因此本振相位噪聲的調(diào)制邊帶會(huì)出現(xiàn)在幅度遠(yuǎn)大于系統(tǒng)寬帶底噪的那些頻譜分量周?chē)?/p>

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(shè)計(jì)，尤其是用來(lái)穩(wěn)定本振的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)有關(guān)。在某些分析儀中，相位噪聲在穩(wěn)定環(huán)路的帶寬中相對(duì)平坦，而在另一些分析儀中，相位噪聲會(huì)隨著信號(hào)的頻偏而下降。相位噪聲采用 dBc（相對(duì)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(shí)在特定的頻偏上指定，或者用一條曲線(xiàn)來(lái)表示一個(gè)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(shí)觀察到頻譜儀的相位噪聲，此時(shí)相位噪聲使這些濾波器的響應(yīng)曲線(xiàn)邊緣變得模糊。對(duì)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(yīng)曲線(xiàn)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(hào)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(yīng)該能夠分辨出這兩個(gè)信號(hào)，但結(jié)果是相位噪聲掩蓋了較小的信號(hào)。

●掃描時(shí)間

如果把分辨率作為評(píng)價(jià)頻譜儀的唯一標(biāo)準(zhǔn)，似乎將頻譜儀的分辨率（IF）濾波器設(shè)計(jì)得盡可能窄就可以了。然而，分辨率會(huì)影響掃描時(shí)間，而我們又非常注重掃描時(shí)間。因?yàn)樗苯佑绊懲瓿梢淮螠y(cè)量所需的時(shí)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(shí)間來(lái)充電和放電。如果混頻分量掃過(guò)濾波器的速度過(guò)快，便會(huì)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(shí)間，則這個(gè)時(shí)間與帶寬成正比，與單位時(shí)間內(nèi)的掃描（Hz）成反比，即通帶內(nèi)的時(shí)間等于：

其中，RBW = 分辨率帶寬，ST = 掃描時(shí)間。

分辨率的變化對(duì)掃描時(shí)間有重大影響，當(dāng)分辨率每改變一檔，掃描時(shí)間會(huì)受到約 10 倍的影響。頻譜分析儀一般會(huì)根據(jù)掃寬和分辨率帶寬的設(shè)置自動(dòng)調(diào)整掃描時(shí)間，通過(guò)調(diào)節(jié)掃描時(shí)間來(lái)維持一個(gè)被校準(zhǔn)的顯示。必要時(shí)，我們可以不使用自動(dòng)調(diào)節(jié)而采用手動(dòng)方式設(shè)定掃描時(shí)間。如果所要求的掃描時(shí)間比提供的最大可用掃描時(shí)間還短，頻譜儀會(huì)在網(wǎng)格線(xiàn)右上方顯示“Meas Uncal”以表示顯示結(jié)果未經(jīng)校準(zhǔn)。