Phasenrauschen

Phasenrauschen (engl. Phase Noise), auch Phasenjitter genannt, ist über die Zeit betrachtet die Differenz der theoretischen und tatsächlichen Phasenlage bzw. Nulldurchgangs einer harmonischen Schwingung oder periodischen Signals.

Nicht zu verwechseln mit der Phasenverschiebung.

Entstehung

Phasenrauschen entsteht, wenn ein Oszillator die eingestellte Frequenz kurzzeitig nicht halten kann. Dieser Effekt wird auch Skirt (engl. Damenrock) genannt. Das Phasenrauschen ist ein Merkmal aller Oszillatoren und wird durch deren Gütefaktor Q ausgedrückt.

Darstellung im Frequenzbereich

A 
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| XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX      <= Grundrauschen
| XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
----------------------------> f     
        Sinus-Signal
 $s(t)=A\cdot \cos(\omega \cdot c\cdot t)$

A 
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| XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX      <= Grundrauschen
| XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
----------------------------> f     
  Oszillator (Skirt-Bildung)
 $s(t)=A\cdot \cos(\omega \cdot c\cdot t+\omega \cdot n\cdot t)$

Das Phasenrauschen wird durch den Term $\omega \cdot n\cdot t$ beschrieben. Dieser Term bewirkt eine zufällige Änderung der Periodendauer der Sinuswelle.

Messung

Das Phasenrauschen wird mit entweder mit speziellen Messgeräten oder Frequenzanalysatoren gemessen.

Das Phasenrauschen wird meist in dBc und im Abstand zur Oszillatorfrequenz angegeben.

Beispiel:

Die Ausgangsleistung Oszillator auf dessen Frequenz beträgt 5dBm. Die Leistung 100kHz neben der Oszillatorfrequenz beträgt -80dBm.

Damit ist beträgt das Phasenrauschen bei einem Offset von 100kHz -85dBc.

Folgen des Phasenrauschens

Phasenrauschen hat zum Bespiel zur Folge, dass die Trennschärfe abnimmt oder es zu Modulationsfehlern kommt, die wiederrum eine höhere Bitfehlerrate bewirken.

Um hohe Datenübertragungsraten auch auf größere Entfernung realisieren zu können sind daher Oszillatoren mit sehr geringen Phasenrauschen notwendig.