采用頻譜和信號(hào)分析儀進(jìn)行射頻功率與頻率測(cè)量時(shí)的儀器設(shè)置技巧

　　要實(shí)現(xiàn)正確的頻譜測(cè)量，在配置頻譜分析儀時(shí)，必須選用很多的頻率和幅度控制(如圖1所示)。

幅度控制

圖1描述了關(guān)鍵的幅度控制以及它們?nèi)绾斡绊憸y(cè)試結(jié)果的。

　　基準(zhǔn)電平(Ref Level)：基準(zhǔn)電平設(shè)置頻譜分析儀最大的輸入范圍?；鶞?zhǔn)電平控制儀器的y軸參數(shù)，類似于示波器上的V/Div(電壓標(biāo)示格)。基準(zhǔn)電平應(yīng)該設(shè)置得為比測(cè)試中估計(jì)出現(xiàn)的最大功率電平略高。最佳基準(zhǔn)電平位于儀器失真和儀器背景噪聲最小之間的平衡點(diǎn)上。在某些情況下，對(duì)于寬帶噪聲測(cè)試來(lái)說(shuō)，故意設(shè)置比較低的基準(zhǔn)電平(此時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些儀器失真)也會(huì)有好處。這樣做的好處是可以改善測(cè)試靈敏度，只要認(rèn)識(shí)到測(cè)試結(jié)果有些失真，并確保失真并非測(cè)試指標(biāo)中的一項(xiàng)。

　　也可以通過(guò)衰減器設(shè)置控制來(lái)設(shè)置儀器的輸入范圍。通常這個(gè)控制設(shè)置為自動(dòng)，這樣軟件可以根據(jù)基準(zhǔn)電平設(shè)置來(lái)調(diào)整衰減量。傳統(tǒng)的儀器，如頻譜分析儀將顯示器的y軸與基準(zhǔn)電平或者固件中的衰減器聯(lián)動(dòng)，但是虛擬儀器并不受此限—如果需要，y軸可以脫離這些控制。這種功能有時(shí)非常有用，比如要放大頻譜上感興趣部分而又不希望影響儀器的幅度設(shè)置時(shí)。

　　檢測(cè)模式是另一類的幅度控制，只適用于傳統(tǒng)的掃頻頻譜分析儀，而不是基于FFT的分析儀。在我們討論檢測(cè)模式之前，理解頻率控制非常重要。

頻率控制

　　圖1還描述了關(guān)鍵的頻率控制以及它們是如何影響測(cè)試結(jié)果的。

　　中心頻率：中心頻率是控制測(cè)量的中心頻率。中心頻率與測(cè)試帶寬一起定義了儀器面板上看到的頻率范圍。

　　測(cè)試帶寬：測(cè)試帶寬定義儀器捕捉到的總頻譜量。測(cè)試帶寬以中心頻率為中心。

　　分辨帶寬(RBW)：分辨帶寬控制頻率軸的頻率分辨力。在傳統(tǒng)的頻譜分析儀中，用一個(gè)窄帶濾波器在測(cè)試帶寬上進(jìn)行掃描來(lái)產(chǎn)生頻譜顯示。濾波器帶寬確定了頻率軸上的頻率分辨力。然而，在基于FFT的分析儀中并沒(méi)有模擬濾波器。而是由FFT與其相應(yīng)的濾波窗口參數(shù)來(lái)確定頻率分辨力或者分辨帶寬。不過(guò)在這類儀器中，更恰當(dāng)?shù)慕蟹☉?yīng)該是頻率分辨力。

　　那些熟悉FFT分析儀和FFT的人可能會(huì)問(wèn)：RBW頻率分辨力參數(shù)到底與FFT的窗口(bin)的大小具有什么樣的關(guān)系？下面的表1顯示了bin大小(?F=采樣率/采樣數(shù))與-3dB和-6dB分辨帶寬的關(guān)系。

　　注意基于FFT的頻譜分析儀，例如PXI-5660RF信號(hào)分析儀提供了一個(gè)窗口選擇來(lái)限制頻譜泄漏，并改善頻域上間隔很小的信號(hào)之間的分辨力。而傳統(tǒng)的頻譜分析儀并不提供這種功能。

　　在傳統(tǒng)掃描分析儀中，由于模擬濾波器的建立時(shí)間的影響，測(cè)試時(shí)間(掃描時(shí)間)與RBW的平方成反比。這時(shí)，隨著減小RBW來(lái)改善頻率分辨力時(shí)，掃描時(shí)間呈指數(shù)級(jí)增加。而對(duì)于FFT信號(hào)分析儀來(lái)講，當(dāng)減少RBW時(shí)，相對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行更長(zhǎng)的采集和更大的FFT計(jì)算量。由于DSP器件變得越來(lái)越快，這意味著對(duì)于更高分辨力(更窄的RBW)的測(cè)量設(shè)備來(lái)說(shuō)，基于FFT在測(cè)試速度方面將具有很大的優(yōu)勢(shì)。

圖1.：基本的頻譜顯示與相關(guān)的各種控制

檢測(cè)模式和對(duì)功率測(cè)量的影響

　　檢測(cè)模式(標(biāo)準(zhǔn)的、峰值、采樣或谷值)決定了頻譜分析儀如何來(lái)處理降低或壓縮后的頻譜信息。當(dāng)頻譜數(shù)據(jù)點(diǎn)超過(guò)頻譜分析儀的顯示能力時(shí)，頻譜分析儀必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行縮減。這樣一來(lái)，檢測(cè)模式可以極大地改變?nèi)魏喂β蕼y(cè)量。

　　表1總結(jié)了不同的檢測(cè)模式以及他們對(duì)集成功率測(cè)試的影響。

表1.：濾波窗口大小與RBW的關(guān)系

影響RF儀器中頻率精度的因素

　　傳統(tǒng)的頻譜分析儀采用位于起始頻率和終止頻率之間的掃頻方法。這種掃頻方法依賴于一個(gè)模擬斜坡信號(hào)，起始頻率直接從高精度的時(shí)基基準(zhǔn)中合成而來(lái)。因此，模擬斜坡信號(hào)的精度以及中頻濾波器中心頻率的精度將制約起始頻率的精度。基于FFT的分析儀并不受這種限制因素的制約，因?yàn)椴恍枰M斜坡信號(hào)掃描濾波器。頻率測(cè)試的精度在給定的測(cè)試帶寬內(nèi)是一致的。在測(cè)試帶寬內(nèi)的精度只取決于時(shí)基精度和測(cè)量算法，因此很容易獲得更優(yōu)的頻率精度和可重復(fù)性。