相位噪聲

　　影響分辨率的另一個因素是頻譜分析儀本地振蕩器的頻率穩定度。

　　剩余調頻使顯示的信號模糊不清，以致在規定的剩余調頻之內的兩個信號不能分辨出來一個頻譜分析儀的分辨帶寬不可能如此窄，以致能夠觀察到它自身的不穩定度。如果它能夠這樣做，那么我們將不能夠區分出頻譜分析儀和輸入信號的剩余調頻（Residual FM）， 。

　　這就意味著，頻譜分析儀的剩余調頻決定了可允許的最小分辨帶寬。同樣，它決定了等幅信號的最小間隔。本測量所要求的剩余調頻是不大于1kHz（《=1kHz ）。

　　鎖相本振作為參考源可提高剩余調頻指標，也降低了最小可允許的分辨帶寬。高性能的頻譜分析儀價格比較貴，因為它采用高性能鎖相本振源，具有較低的剩余調頻和較小的最小分辨帶寬。

　　作為在信號頻譜顯示的噪聲邊帶來源于本振的頻率不穩定性，這個噪聲可能掩蓋近端（靠近載波）低電平信號。換句話說，只考慮帶寬和形狀因數，我們可能會看到它。但是頻譜分析儀內部本振的相位噪聲將疊加在輸入信號上，這些噪聲邊帶影響了近端低電平信號的分辨率。

　　測量的例子：

　　要求測量的信號：

　　偏離載波10kHz處1kHz頻率帶寬內噪聲邊帶功率《=-50dBc，它等效于《=-80dBc/1Hz， 即要求頻譜儀本振信號在偏離載波10kHz處測量1Hz帶寬內噪聲能量小于載波功率80dB。

　　圖8 頻譜分析儀本振相位噪聲對測量的影響

　　靈敏度

　　頻譜分析儀在不加任何信號時會顯示噪聲電平，由于頻譜分析儀自身產生的噪聲，其大部分來自中頻放大器的第一級。

　　頻譜分析儀的靈敏度定義為它所顯示的平均噪聲電平（DANL），這項指標關系到儀表對弱信號的檢測能力。若一信號的電平等于顯示的平均噪聲電平，它將以近似3dB突起顯示在平均噪聲電平之上，這一信號被認為是最小的可測量信號電平，但是如果不用視頻濾波器平均噪聲，總是不能看到這一現象的。

　　頻譜分析儀的靈敏度定義為在一定的分辨帶寬下顯示的平均噪聲電平?！捌骄币馕吨肼曅盘柕姆入S時間和頻率都是隨機變化的，要對噪聲功率進行定量測試，只能得到其平均值。

　　頻譜分析儀表的靈敏度是儀表的重要指標，

　　頻譜分析儀靈敏度與其RBW；VBW；衰減器設值有關。

　　圖9 頻譜分析儀測試靈敏度

　　從不同方面可以反映頻譜分析儀表內部噪聲對測試的影響。

　　1、當輸入信號功率電平小于儀表噪聲電平時，該信號不會被顯示，儀表對該小信號沒有測試能力。

　　2、當輸入信號幅度大于儀表噪聲時，儀表噪聲會疊加在輸入信號上，既最終顯示信號電平為輸入信號電平和儀表噪聲的功率和。

　　當被測試信號功率比儀表內部噪聲功率大10~20dB 以上，頻譜分析儀內部噪聲的影響可忽略不計。

　　前面明確了頻譜儀產生噪聲的原因和噪聲對儀表測試的影響，下面分析以下儀表設置會影響的噪聲電平的因素。

　　影響頻率譜分析儀噪聲電平因素1：輸入衰減設置。

　　衰減器衰減量每增加10dB， 頻譜儀顯示噪聲電平提高10dB。

　　衰減器設值影響頻譜儀靈敏度的分析：

　　輸入信號的電平不隨衰減增加而下降，這是因為當衰減降低加到檢波器的信號電平時，而中放（IF）增益同時增加10dB來補償這個損失，其結果使儀表顯示的信號幅度保持不變。但是，噪聲信號只會受到放大器的影響很大，其電平被放大，增加了10dB。

　　既然內部噪聲主要由中放第一級產生，因而輸入衰減器不影響內部噪聲電平。但是，輸入衰減器影響到混頻器的信號電平，并降低信噪比。

　　提高頻譜儀表靈敏度的方法1：

　　用盡可能小的輸入衰減以得到最好的靈敏度。

　　儀表內部產生的噪聲是寬帶白色噪聲。即它在整個頻率范圍內的電平是平坦的隨機噪聲，與分辨帶寬濾波器相比它的頻帶是寬的。因此，分辨帶寬濾波器只通過一小部分噪聲能量到包絡檢波器。如果分辨帶寬增加（或減少）10倍，則增加（或減少）10倍的噪聲能量到達檢波器，并且顯示的平均噪聲電平將增加（或減少）10dB.

　　顯示的噪聲電平和分辨帶寬RBW之間的關系是：

　　噪聲電平變化（dB）=10log（分辨帶寬2/分辨帶寬1）

　　RBW從100kHz（分辨率帶寬（老））變到10kHz（分辨率帶寬（新）），結果噪聲電平變化為

　　噪聲電平變化 = log （10 kHz / 100 kHz ） = -10dB.

　　頻譜儀中頻濾波器會對中放產生的寬帶白噪聲有頻帶抑制功能，所以RBW越小，通過中頻濾波器的噪聲能量越小，則通過檢波后顯示噪聲的電平越低。

　　頻譜分析儀的噪聲是在一定的分辨帶寬下定義的。

　　頻譜分析儀的最低噪聲電平（和最慢掃描時間）是在最小分辨帶寬下得到的。

　　提高頻譜儀表靈敏度的方法2：

　　用盡可能小的RBW 設置得到最好的靈敏度。

　　圖10 RBW的設置對儀器靈敏度的影響

　　頻譜分析儀顯示出信號加噪聲，因此當信號接近噪聲電平時，附加的噪聲疊加在掃描線上，致使更難讀取信號。

　　視頻濾波器是在檢波之后的低通濾波器，聲信號幅度由于隨時間和頻率都是隨機波動的，通過檢波處理輸出為交流AC信號，這些AC信號反映到顯示上就是軌跡線的抖動。通過視頻濾波器的低通處理，用以平均（Smooth）噪聲起伏。雖然它不能改善靈敏度，但能改善鑒別力和在低信噪比情況下測量的可重復性。

　　減小VBW不會對顯示的CW信號頻譜造成影響，因為CW信號檢波輸出為DC信號，DC信號通過低通濾波處理時，不會被濾波器帶寬所影響。

　　需要注意的是：減小VBW可以對噪聲信號進行平滑，但并不是得到該噪聲信號的功率平均值。

　　總結一下提高頻譜儀測試靈敏度的技術方法：

　　1、最窄的分辨帶寬；

　　2、最小的輸入衰減；

　　3、充分利用視頻濾波器（視頻帶寬《0.1-0.01分辨帶寬）

　　4、前置放大器（內部或外部），內部前置放大器需要選件，工作頻率范圍一般為〈3GH。前置放大器的開關由［Amplitude］ Int Amp： on/off 控制。

　　外置放大器對頻譜分析儀靈敏度的改善=放大器件增益-放大器噪聲系數。

　　以上這些提高靈敏度的設置可能與其它測量要求存在矛盾：

　　1、較小的分辨帶寬會大大增加測量的時間；

　　2、0dB輸入衰減會增加輸入駐波比，降低測量精度；

　　3、增加前置放大會影響頻譜儀動態范圍指標。