頻譜儀在信號功率測量中的應用

頻譜儀實現(xiàn)平均的方式

頻譜儀實現(xiàn)平均的主要方式有四種：減小視頻濾波器(VBW)使其小于中頻帶寬(RBW);平均值檢波器(AV) ;RMS檢波器;多次測量結果進行算術平均來作蹤跡平滑。

視頻濾波器是置于電壓包絡檢波器之后，數(shù)字加權檢波器之前的數(shù)字低通濾波器。視頻濾波器對電壓包絡采樣值在頻域進行低通濾波，相當于時域采樣值的平均。

AV檢波器是對視頻信號進行算術平均，獲得電壓平均值;RMS檢波器是對視頻信號進行均方根運算，能夠獲得功率平均值。

由取樣檢波器得到的平均噪聲電平，當使用對數(shù)電平顯示時，其平均值低1.45dB。當使用線性電平顯示且大的視頻帶寬時(如VBW≥10RBW)，可和AV檢波器一樣得到真實的平均結果。

對于自動峰值檢波器，不建議使用多蹤跡平均。若打開平均功能，通常會自動切換到取樣檢波。

使用RMS檢波器進行平均功率測試時，不允許過程中插入電壓平均功能。因此，通常此時不允許進行蹤跡平均，同理也不允許通過VBW進行平均，一般設VBW≥3RBW。根據(jù)平均功率和對數(shù)平均與線性平均值的關系，如果在使用RMS檢波器時加入了上述平均設置，會使測試結果比實際值小2.5dB (其中包括線性平均的1.05dB和對數(shù)平均的1.45dB) 。

頻譜儀常用功率測試方法及信號處理算法

在頻譜儀的應用領域內(nèi)，不管是通信信號的測試還是其它調(diào)制信號的測試，如廣播、電視以及軍用信號，通常在信號帶寬內(nèi)對整個信號平均功率的測試是十分重要的。以下將對兩種主要的測試方法進行分析，以避免頻譜儀使用過程中的錯誤設置。

信道功率

信道功率測試功能通過對信道帶寬內(nèi)的功率密度積分來進行信道功率的測量，獲得信道帶寬內(nèi)的平均功率。

其中，PCH為信道功率，PD為功率密度，CHBW為信道帶寬。

在應用中，上述算法會在選擇的信道帶寬內(nèi)對像素點的線性值(Pi)求和后除以像素點數(shù)，再除以中頻濾波器噪聲帶寬，乘以信道帶寬，最后取對數(shù)。

其中：

BCH為信道帶寬，單位為Hz;

BN,IF中頻濾波器的噪聲帶寬，單位為Hz。

分辨率帶寬(RBW)相對于要進行精確測量的信道帶寬要很小。通常設為1%~3%的信道帶寬。

信道功率測量一般采用RMS檢波器，因為它得到的結果可以進行功率計算獲得真正的信道內(nèi)平均功率。有時可用采樣檢波器，但是測試結果存在偏差。由于對噪聲或類似噪聲的信號不能找出峰值或均值檢波出的視頻電壓與輸入信號功率的關系，因此不應采用峰值檢波和均值檢波。有些通信測試標準尤其是時分信號采用峰值檢波檢測瞬態(tài)功率，而不是平均功率。

當使用采樣檢波器時，如果顯示的頻譜范圍相對于分辨率帶寬很大，離散的信號分量(正弦波信號)可能由于頻譜儀有限的屏幕像素點而被漏掉顯示，因此信道或鄰道功率的測量就不正確。因為數(shù)字調(diào)制信號是類噪聲信號，取樣檢波得到蹤跡就會類似噪聲，不穩(wěn)定。為了得到穩(wěn)定的結果，需要采用蹤跡平均，但平均后的信號測試結果會偏離真實值。

當選擇使用RMS檢波器時，每個像素點對應的功率是從多個電壓測量值中得到的均方根結果，V2RMS對應的功率P是真正的平均功率。

通過增大掃描時間，每一像素點對應更多的電壓采樣值Vi，達到蹤跡平滑的目的。因此，測量信道功率時選擇RMS檢波器優(yōu)于取樣檢波器。

當使用RMS檢波器或取樣檢波器時，通常此時不允許進行蹤跡平均，同理也不允許通過VBW進行平均，一般設VBW≥3RBW。

當被測信號為脈沖和時分通信信號時，可加入時間門控功能，進行時隙內(nèi)平均功率測試。

時域功率

根據(jù)頻譜儀測試原理，如果選擇的中頻帶寬RBW大于信號帶寬，且VBW>RBW，設頻譜儀掃描寬度SPAN=0，此時頻譜儀的本振停止掃描，在中頻帶寬內(nèi)進行單一頻點的時域測量，顯示橫軸為時間、縱軸為幅度(功率)，顯示的蹤跡對應檢波以后的電壓采樣值。本功能對于脈沖信號和時分通信信號的功率測試十分有用。

在頻譜儀內(nèi)部集成了一些算法，可以在設定的時間段內(nèi)進行功率計算。要獲得準確的功率測量結果，必須合理設置加權檢波器和功率算法。通常采用的是采樣值檢波器。

采樣值檢波器蹤跡顯示的是電壓包絡采樣值Vi。根據(jù)檢波器和平均功率的關系，如果要得到平均功率，需要選擇算法“RMS”;如果要得到峰值包絡功率，選擇“PEAK”;如果選擇“MEAN”，則對應平均電壓，沒有與其對應的功率值。

深入了解頻譜儀時域測試原理后，有時也可采用RMS檢波方式。此時采用PEAK功率算法，獲得設定時間段內(nèi)的最大平均功率;選擇“MEAN”獲得設定時間段內(nèi)的平均功率。這種方法有時會在時分通信信號測試中，對不同時隙功率進行測試時采用。

功率測試時頻譜儀設置規(guī)則總結

綜合文中所述，可以歸納出幾點在功率測試中應注意的事項，有助于正確利用頻譜儀，并得出較為準確的測試結果。

r頻譜儀RMS檢波對應平均功率

r高斯白噪聲的峰均比為10dB~12dB

rRMS檢波時，不允許進行蹤跡平均，同時VBW≥3RBW

r需要平滑蹤跡時，注意對數(shù)平均的結果小于線性平均(如1.45dB)

r信道功率測量

• 一般采用RMS檢波

• 不允許進行蹤跡平均

• VBW≥3RBW

• 否則測試值會比實際值小(最大2.51dB)

r時域功率測量

•用來測試脈沖和時分通信信號功率

•通常采用采樣值檢波

•VBW>RBW且RBW>信號帶寬