想了解更多的频谱仪原理频谱治疗仪( 五 ) _想了解更多的频谱仪原理

剩余 FM
最小可用分辨率带宽通常由分析仪中本振（尤其是第一本振）的稳定度和剩余调频决定。早期的频谱仪设计使用不稳定的 YIG （钇铁石榴石）振荡器，通常具有大约 1 kHz 的残余调频。由于这种不稳定性被传递给与本振相关的混频分量，再将分辨率带宽减小至1KHz以下是没有意义的，因为不可能确定这种不稳定性的准确来源。
不过，现代分析仪已经极大的改善了残余调频。比如是德科技高性能 X 系列信号分析仪具有 0.25 Hz（标称值）的剩余调频；PSA 系列频谱分析仪为 1 至 4 Hz；ESA 系列频谱仪为 2 至 8 Hz 。这使得分辨率带宽可以减小至 1 Hz 。因此，分析仪上出现的任何不稳定性都是由输入信号造成的。
相位噪声
没有一种振荡器是绝对稳定的。虽然我们看不到频谱分析仪本振系统的实际频率抖动，但仍能观察到本振频率或相位不稳定性的明显表征，这就是相位噪声（有时也叫噪声边带）。
它们都在某种程度上受到随机噪声的频率或相位调制的影响。如前所述，本振的任何不稳定性都会传递给由本振和输入信号所形成的混频分量，因此本振相位噪声的调制边带会出现在幅度远大于系统宽带底噪的那些频谱分量周围（图 2-11）。显示的频谱分量和相位噪声之间的幅度差随本振稳定度而变化，本振越稳定，相位噪声越小。它也随分辨率带宽而变，若将分辨率带宽缩小 10 倍，显示相位噪声电平将减小 10 dB5 。

图 2-11.只有当信号电平远大于系统底噪时，才会显示出相位噪声
相位噪声频谱的形状与分析仪的设计，尤其是用来稳定本振的锁相环结构有关。在某些分析仪中，相位噪声在稳定环路的带宽中相对平坦，而在另一些分析仪中，相位噪声会随着信号的频偏而下降。相位噪声采用 dBc（相对于载波的 dB 数）为单位，并归一化至 1 Hz 噪声功率带宽。有时在特定的频偏上指定，或者用一条曲线来表示一个频偏范围内的相位噪声特性。
通常，我们只能在分辨率带宽较窄时观察到频谱仪的相位噪声，此时相位噪声使这些滤波器的响应曲线边缘变得模糊。使用前面介绍过的数字滤波器也不能改变这种效果。对于分辨率带宽较宽的滤波器，相位噪声被掩埋在滤波器响应曲线的边带之下，正如之前讨论过的两个非等幅正弦波的情况。
一些现代频谱分析仪或信号分析仪允许用户选择不同的本振稳定度模式，使得在各种不同的测量环境下都能具备最佳的相位噪声。例如，高性能 X 系列信号分析仪提供 3 种模式：
– 距载波频偏小于 140 kHz 时的相位噪声优化。在此模式下，载波附近的本振相位噪声被优化，而 140 kHz 之外的相位噪声不具备最优特性。
– 距载波频偏大于 160 kHz 时的相位噪声优化。这种模式优化距载波频偏大于 160 KHz 处的相位噪声。
– 优化本振用于快速调谐。当选择这种模式，本振的特性将折衷所有距载波频偏小于 2 MHz 范围内的相位噪声。这样在改变中心频率或扫宽时允许在最短的测量时间内保证最大的测量吞吐量。

图 2-12a. 相位噪声性能在不同测量环境下的优化

图 2-12b. 距载波频偏为 140 kHz 处的详细显示
高性能 X 系列信号分析仪的相位噪声优化还可以设为自动模式，这时频谱仪会根据不同的测量环境来设置仪器，使其具有最佳的速度和动态范围。当扫宽 > 44.44 MHz 或分辨率带宽 > 1.9 MHz 时，分析仪选择快速调谐模式。另外，当中心频率< 195 kHz 或当中心频率 ≥ 1 MHz 且扫宽 ≤ 1.3 MHz、分辨率带宽 ≤ 75 kHz 时，分析仪自动选择最佳近端载波相位噪声。在其他情况下，分析仪会自动选择远端最佳相位噪声。