相位噪声是表征CW信号频谱纯度的非常重要的参数，衡量了信号频率的短期稳定度。通常所说的相噪为单边带(SSB) 相位噪声，相噪的好坏对于系统的性能至关重要！
对于 终端通信，如果接收机LO的相位噪声较差，信道附近存在较强的单音干扰，在下变频过程中由于交叉调制，信道中的噪声会增加，恶化信噪比。严重的话会无法正常沟通！
对于 卫星通信，如果发射机LO的相位噪声差，直接导致数字调制信号质量变差，星座模糊，EVM变差，从而影响数据的有效传输！
对于 雷达来说，如果整机的LO相位噪声差，一些目标的微弱回波信号就会淹没在强回波信号的边带中，无法进行正常的检测！
可见，相位噪声性能是保证系统性能的重要前提！
厦门师旷科技有限公司研发的高性能模拟锁相环可以实现频移键控(FSK)和相移键控(PSK)调制，在频域产生锯齿波、三角波等多种波形，可以使FMCW雷达系统具有完全独立于VCO线性度的高度线性斜率特性，从而提高雷达分辨率，降低系统校准相关的成本和复杂度。
因此，在设备研制阶段，通过合适的测量手段检验相噪性能是非常重要的一个工作环节。
对于相位噪声的测试，目前业界常用的方法有：基于频谱分析仪的测试方法和基于鉴相器的测试方法。使用频谱分析仪测试相位噪声可分为直接校准法和带有特殊相位噪声选项的自动测试。直接标定的方法是人工测试，经济实惠，但操作相对繁琐；使用相位噪声选项自动测试很方便，可以直接给出相位噪声曲线，但是需要购买！至于基于鉴相器法的设备，属于比较专业的相位噪声测试设备，测试能力更强，当然价格也贵。
在R & ampd阶段，如果只需要测试某些频偏下的相位噪声，而不要求直接获得相位噪声曲线，可以考虑使用频谱仪直接校准信号相位噪声，直接校准方法也是下面要介绍的重点内容。
本文将首先介绍相位噪声的定义，然后介绍影响光谱仪相位噪声测试能力的因素，最后给出手动相位噪声测试的关键步骤和注意事项。
如何检验信号的相噪性能呢？
相位噪声的定义是众所周知的。如图1所示，噪声功率谱密度与载波fc特定频率偏移下的载波功率之比就是相位噪声，通常指单边带相位噪声(SSB PN ),单位为dBc/Hz。“C”可以理解为载体，意思是相对载体的级别。同样，单位dBc通常用于描述谐波失真。
对于理想的CW信号，其频谱是单一的谱线，但实际上，由于相位噪声的存在，其频谱具有如图1所示的边带。离载波越远，边带的幅度越小，这意味着相位噪声越好。
噪声的存在使得信号的相位随机波动。信号具有图1所示边带的原因是相位噪声相当于宽带噪声，宽带噪声调制信号的相位！当然，信号的幅度是波动的，相当于宽带噪声对信号的幅度调制，称为调幅噪声。相位噪声和调幅噪声的共存使得信号具有一定的边带。
实际上，根据上述定义得到的相位噪声测试结果既包含相位噪声，也包含调幅噪声。一般调幅噪声比相位噪声小得多，可以忽略不计，所以测试结果视为相位噪声。基于频谱分析仪的相位噪声测试就是这种情况，不管是直接校准还是自动测试。如果要分离相位噪声和调幅噪声，只能使用鉴相测试方法。
值得一提的是，能够从调幅噪声中分离相位噪声只是鉴相器测试方法的特点之一。鉴相器法的主要目的是提高相位噪声测试的灵敏度和能力！
图一。单边带相位噪声的定义
相位噪声是如何定义的？
一直有这样的困惑，光谱仪怎么会有相位噪声这个指标？相位噪声不是信号源的指标吗？后来我才知道，光谱仪的相位噪声其实就是内部LO信号的相位噪声，它决定了光谱仪近端相位噪声的测试能力。光谱仪本身的相位噪声越低，相位噪声测试能力越强！
光谱仪本身的相位噪声如何影响其相位噪声测试能力？
以图2为例，假设RF信号是理想的，LO信号具有某些边带。在下变频过程中，除了将RF信号转换为IF之外，LO信号的边带也会移动到IF。混音器实际上是一个乘法器。当RF信号乘以LO信号以实现下变频时，它也会乘以LO信号边带中包含的频率分量，因此边带也会被转换到近IF。有文献称此为互易混频，使LO信号的边带移至IF。
近端相位噪声测试通常只关注1MHz频率偏移范围内的相位噪声，在考虑双边带时，对应的是fc 1MHz范围内的边带。对于混频器，在2MHz这样窄的带宽内，转换损耗可以视为常数，这意味着对于图2所示的例子，I
F信号的相噪与LO信号的相噪是相同的！这个相噪就是频谱仪自身的相噪“底噪声”，一般称为相噪测试灵敏度，决定了频谱仪的相噪测试能力。如果待测信号的相噪低于频谱仪自身的相噪，当然是测不出信号真实的相噪水平。检定频谱仪相噪指标时，一般会选择一台相噪更好的信号源，相噪测试结果能够反映出频谱仪自身的水平。
如果要准确测试信号的相噪，则要求频谱仪自身相噪比待测信号好很多，按照经验，至少优异10dB以上，才能保证测试精度！
图2. LO的相噪因互易混频搬移至IF输出信号
以上介绍了影响近端相噪测试能力的因素，随着频偏的不断增大，LO信号的相噪也是逐渐降低的，此时决定仪表相噪测试能力的因素可能不再是LO的相噪，而是仪表的底噪声。
如何判断频谱仪底噪声是否影响远端相噪测试呢？
有两种方法可以尝试：
(1) 降低信号功率，观测远端边带是否也跟随降低，如果没有变化，说明底噪声确实影响远端相噪测试；如果远端边带也随之降低，则说明底噪声带来的影响很小。
(2) 直接关闭信号，保证频谱仪其它设置不变，对比此时的底噪声与关闭信号之前的远端边带功率的大小。如果底噪声低于远端边带功率(建议10dB以上)，则对测试影响较小；如果底噪声与远端边带持平，则必然会影响测试结果！
如果底噪声影响了远端相噪测试，如何解决呢？
可以在一定程度上增大信号功率，因为信号功率越高，边带功率也随之提高，使其高出底噪一定水平，从而保证测试精度。但不能导致频谱仪过载，否则将扰乱测试结果，必要时，可以使用陷波器抑制载波信号。
或者选择底噪声更低的频谱仪进行测试！
如何使用直接标定法准确测试相噪？
了解影响频谱仪相噪测试能力的因素之后，下面介绍一下如何使用直接标定法测试信号的相噪。
这里不涉及频谱仪具体的操作，只给出关键的测试步骤及注意事项。
为了提高相噪测试精度，建议适当提高信号功率，以得到更高的边带功率，推荐信号功率在±5dBm范围之内，太强可能导致频谱仪过载。
直接标定法操作步骤(推荐) ：
Step 1：设置合适的中心频率和Span，使得能够显示信号频谱并覆盖需要测试的频偏范围。
Step 2：将频谱仪射频前端衰减度设置为0dB，以降低底噪，提高相噪测试精度，这一点对于远端相噪测试尤为重要。
Step 3：将频谱仪的显示检波器类型选择为RMS检波器，这个在之前的文章“如何选择显示检波器”中已有说明，为了得到更加稳定的测试结果，可以考虑增大扫描时间。
Step 4：设置合适的RBW，RBW并不是越小对测试越有利，降低RBW并不会改善远端相噪测试能力，因为底噪降低的同时，边带功率也会降低，而且RBW太小，速度太慢。但是当测试近端相噪时，比如频偏100kHz以内，RBW需要设置小一点，以对载波信号充分抑制，否则会严重影响相噪测试能力！
近端相噪测试过程中，可以通过逐步降低RBW来选择合适的值，降低RBW的过程中，当相噪测试结果不再降低时，选取此时的RBW即可。
Step 5：确定载波信号功率及待测频偏处的噪声功率谱密度，以计算相位噪声。
通过Marker功能很容易确定载波信号功率PC，当然也很容易确定待测频偏处的功率PSSB，则噪声功率谱密度可通过下式计算：
PSD=PSSB - 10lg(RBW ) (dBm/Hz )
则相噪测试结果为
PN=PSD - PC (dBc/Hz )
目前业界大部分频谱仪都支持使用Marker直接测试功率谱密度，再通过显示Marker的delta mode便可以直接显示相噪结果，这样就省去了上述计算步骤，使用非常方便！
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