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频谱分析仪的指标之测量精度和测试速度

时间:2018-10-30
 

       频谱仪测量信号的基本参数为信号幅度和频率,所以频谱仪的测量精度包含频率测量精度和幅度测量精度。根据是针对一例言号还是两个信号进行测量,又分为绝对测量指标和相对测量指标。得益于许多先进技术的采用,特别是中频信号数字处理技术,使得现代频谱分析仪测试精度和传统频谱仪相比有很大提高。

       频率测量误差

       频谱仪频率精度指标的具体计算过程是对起频率测量过程的直接反映,频率测量精度指标中包含本振频率和中频频率的贡献。频谱仪内部本振需要具备频率扫描功能,实际扫描过程中本振频率会与参考源及扫描特性线性有关。基于各种频率测量方式,在频谱仪扫描过程中,本振信号实际频率精度和扫宽直接相关,从而造成频率读值精度较差。有的频谱分析仪利用计数器功能,在实际测量过程中,当需要得到某个被测信号频率时,会采用计数器测量本振信号和中频信号实际频率,这样可大大提高频谱分析仪测量信号频率的精度,但测量速度会受到一定影响。

       关于频率测量的问题,频谱分析仪可准确测量点频 CW 信号的频率。对于各种常见数字调制信号,当调制数据为随机码时,这种信号的频谱呈连续分布,所以需要通过解调来确定其载波的准确频率。

       幅度测量误差

       影响频谱仪幅度测试精度的因素有许多,包括输入端口驻波比、射频和中频电路频响误差、参考电平误差、显示刻度保真度误差、 RBW 切换误差和校准参考源误差。

       根据测试信号分布的范围,频响误差分为段内频响误差和频段切换误差,频率段大划分在仪表技术数据中会得到明确。被测输入信号中包含幅度不同的各频率成分,这些信号大小不同,理想的频谱仪在处理这些信号时应该保证相同的增益,而实际上,信号在处理过程中,电路对大小不同的输入信号处理的增益不同,造成仪表刻度保真度误差,带来误差的主要电路有对数放大器、 ADC 电路、检波器等。

       当信号处于频谱仪屏幕不同的显示位置时存在刻度保真度误差。

       中频放大器增益不同会影响信号在频谱仪上显示的位置,参考电平处,频谱仪经过校准,当信号显示位置不在参考点平处时,频谱分析仪存在中频增益误差。

       频谱仪是宽带测量仪表,测试频率范围会覆盖很宽,这会导致仪表测试频率响应误差,在诸多影响频谱仪幅度测量精度的因素中,频响误差的影响较大。为提高幅度测量精度,常采用以下技术手段:

       调整频谱仪的 Ref level (参考电平),使被测信号处在尽量接近于 Ref level 的位置;

       定期利用内部参考信号进行自校( Ali 9 nment )处理。

       频谱分析仪的幅度补偿功能可以又寸被测信号与仪表间各种连接的影响进行补偿,最终保证被测信号幅度测量精度。对各种外连接的补偿可以减小频响的影响。

       测试速度

       当需要得到频域的高分辨率时,需要减小 R B W 设值,但减小 R B W 会对仪表的测试带来其他影响。较窄的滤波器所需的响应时间较长。当扫描时间太快时,频谱仪的分辨带宽滤波器不能够充分响应,并且幅度和频率的显示值变为不正确,即幅度下降,频率向上移。为了保持正确的读数状态,应该遵循以下的扫描时间设置:

       扫描时大于等于k( Span / ResBWZ ) ( VBW > ResBW ) ,扫描时间大于等于k( Span / ( ResBW ) · ( VBW ) ) ( VBW < ReSBW )

       这里,对于同步调谐模拟滤波器, k大于等于2.5;对于利用数字信号处理技术的频谱分析仪, k < 1 ;对于平顶滤波器,10小于等于K小于等于20。同步调谐模拟滤波器的扫描时间比平顶滤波器快 3 . 33 - 6 . 67 倍,而数字分辨带宽滤波器的扫描时间快 4-100 倍。频谱分析仪能自动联锁 ( Aut Coupled)扫描时间,根据选取的频率间隔和分辨带宽自动地选择最快可允许的扫描时间。如果手动选取的扫描时间太快,仪表会显示出错信息。

       结论: RBW 减小,频谱分析仪测试分辨率将提高,但测试速度下降。任何可测试的设置都是在这两者间折中。

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