信号发生器的谐波与杂散

谐波与杂散

谐波和杂散均是确定性（非随机）信号，它们是在对信号进行混合或分离以便获得输出信号时产生的。这些都是在射频系统中生的多余频率。谐波表现为载波频率的整数倍，而杂散频率则是载波频率的非整数倍。

图 1所示的是1 GHz 的载波频率及其谐波和杂散。与基本载波（游标 1）相比，2次谐波（游标 2）为 -64.36 dBc, 3次谐波（游标 3）为 -72.83 dBc。 游标 4 和 5 指示的是毛刺。

图 1 信号发生器在1 GHz 时生成的CW连续波信号

测量谐波和杂散需要选择高动态范围的信号分析仪。否则，您所探测到的谐波和杂散可能是来自信号分析仅，而不是来自被测器件(DUT)。

相位噪声

相位噪声是振荡器信号周围噪声频谱的频域视图。它描述的是振荡器的频率稳定性。频率稳定性可以分为两个部分：长期稳定性和短期稳定性，如下面的图2所示。

下面的表1显示了长期频率稳定性与短期频率稳定性之间的比较。短期变化会导致相位噪声，而长期漂移会影响精度。

图 2 长期和短期频率稳定性

表1 长期和短期频率稳定性

定义相位噪声数量，最常用的方法是：在距离主频率的特定频率处，确定1 Hz带宽内所包含的单边带 (SSB) 功率值。请见下面的公式：

图 3 显示了信号发生器的 SSB 相位噪声测量结果。黄色迹线表示瞬时功率测量结果，而蓝色迹线表示结果平均值。

图 3 SSB 相位噪声测量结果，包括对数图和十进制表

要想有效测量相位噪声，您使用的信号分析仪的相位声性能应至少比信号的预期相位声低 10 dB。否则，相位声测量结柴会受到频谱分析仪的本振相嗪的影响。

相位噪声有什么作用

了解了相位噪声对测量结果的影响，您可以为测试选择恰当性能的分析仪。相位噪声过高，会掩盖主频附近的微弱信号。

雷达应用

雷达系统需要出色的相位噪声性能。雷达以特定频率发射脉冲，并测量每个返回脉冲的频率变化。根据多普勒效应，可以通过频率变化计算出目标的速度。如果目标移动非常缓慢，那么返回脉冲的频移很小。

在图4中，移动目标的返回脉冲是“有用信号"，固定目标（如地面）的返回脉冲是“干扰信号"。如果有用的下变频信号被相位噪声掩盖，那么雷达接收机就无法识别运动目标。

图 4 不良的 LO 相位噪声影响了接收机灵敏度。

数字调制

图5 显示了正交相移键控 (QPSK) 数字接收机的简化方框图。LO 信号的相位噪声转换成了混频器的输出。相位噪声导致在星座图上的符号（绿色）发生径向涂抹。对于更高阶调制方案〈如 256 QAM）中间距较小的符号来说，径向涂抹可能会重叠，并会导致接收机灵敏度不佳。

图5 简化的数字接收机方框图

正交频分复用 (OFDM)

OFDM 是广泛用于宽带数字通信的制方案。OFDM 使用许多较为接近的正交子载波信号来同时传输数据（如图6 所示）。本地振荡器的相位噪声会将子载波的相位噪声扩展到其他子载波，对其他子载波产生干扰。该相位噪声将会导致 OFDM 信号的调制质量降低。

正交颤分多路复用

图 6：OFDM 信号使用相位噪声性能较差的本振进行上变频

精密的信号发生器支持您在合成器部分调整相位声，以而降低信号发生器的相位噪声，并帮助评测接收枧设计的灵敏度。