前言

一次报出去一个接收机的指标，然后那边反馈回来说，指标提得太低了，其他项目的相位噪声已经提到-190dBc/Hz了，而我们只提到-110dBc/Hz左右，差距也太大了。

我觉得非常不可思议，几乎可以肯定我们说的一定不是同一回事，但对方坚定地表示，那边也是同样的相位噪声指标。

当请对方把指标原文发过来，原来：另外一个设备是相位噪声分析仪！

其标注的本底噪声，10MHz载波、100kHz偏移处，达到-190 dBc/Hz。可回头看自己身边的设备，别说整机设备，就算是一颗高端恒温晶振，相噪也就 - 170 dBc/Hz 左右。

那这是虚标还是什么黑科技？

其实：-190 dBc/Hz从来不是仪器内部本振的真实噪声水平，而是一套完整的 “降噪体系” 堆出来的测量灵敏度下限。普通频谱仪从硬件架构上，就注定达不到这个水平。

两个完全不同的 “相位噪声”

虽然都叫“相位噪声”，却代表了两个不同物理意义。

第一种，是信号源、频谱仪标注的本振相位噪声，这是硬件的物理极限。我们常说的 “信号源相噪”“频谱仪本振相噪”，指的是振荡器本身真实的相位噪声水平，是器件固有的物理属性。10 MHz 频段的商用高端 OCXO（恒温晶振），100 kHz 偏移处的最优水平大约在 - 170~-175 dBc/Hz，已经接近常温下的热噪声极限，通用接收机频谱仪的本振，经过倍频链路到40G频段后，至少会产生：

20log₁₀(4000) ≈ 72 dB

的恶化程度，而且还有很多其他链路因素的叠加，会恶化更多，可能也就90dBc/Hz了。

第二种，是相噪仪标注的本底相位噪声，本质是仪器的测量灵敏度。它代表这台设备 “能分辨出多微弱的被测件噪声”，绝不等于它内部本振自身的噪声。打个通俗的比方：普通频谱仪测相噪，相当于用一个自带底噪的麦克风直接听声音，听到的最小值不可能比麦克风自己的底噪还小；专用相噪仪则是用一套 “双麦降噪算法”，把自己的底噪主动抵消掉，去捕捉比自身硬件噪声更微弱的被测信号。我们看到的 - 190 dBc/Hz，就是抵消之后的测量灵敏度，而非硬件本身的噪声水平。

双通道互相关，相噪仪的核心

实现这一切最核心的技术，就是双通道互相关（Cross-Correlation）降噪—— 这也是专用相噪仪和通用频谱仪最本质的架构区别。

原理其实并不复杂。首先在硬件上做两套完全独立的接收链路：被测信号经过功分器分成完全相同的两路，送入两套互相独立、物理隔离的下变频通道，每一路都有自己的参考本振、混频器、放大器和采集电路，两路的硬件噪声彼此完全不相关。

随后利用 “相关性” 做噪声筛选：来自被测件的相位噪声，两路信号完全一致，是强相关的，数学运算后会完整保留；来自仪器自身的噪声，包括两路本振噪声、热噪声、电路噪声，两路各自独立、随机无规律，是不相关的，运算后会互相抵消。

降噪幅度有明确的数学规律：互相关次数为 N 时，仪器自身的不相关噪声会被压低5log10(N)dB。互相关 10 次，噪声压低 5 dB；互相关 100 次，噪声压低 10 dB；互相关 10000 次，噪声直接压低 20 dB。

所以在相噪仪的指标里，会标注“典型互相关次数”与“单次测量时间”，其实就是在测量速度和降噪幅度之间做的平衡；如果愿意牺牲速度、增加平均次数，测量底噪还能进一步压低。

通用频谱仪可以抄这套作业吗？

既然互相关这么好用，接收机/频谱仪为什么不加上？原则上是不会抄的：设计目标完全不同，取舍天差地别。

要实现高性能互相关，需要两套完全独立、性能一致、隔离度极高的接收链路，从参考源、混频器到 ADC 全部双份，成本、体积、功耗都会翻倍。通用接收机/频谱仪是全能型设备，要兼顾宽带扫描、信号解调、脉冲测量、谐波测试等几十种功能，不可能为了相位噪声这一项指标，牺牲整体的性价比和通用性。

当然除非不管原则，如果要基于这个原理，来设计一款复合型的信号分析设备，当然也是可行的。比如RS刚刚推出的FSWX。

关于祯仪

祯仪科技，专业从事宽频段无线电信号接收，适用于无线电管理、信号侦查与分析、通用频谱分析、卫星导航监测、低空复杂电磁环境感知等。