滿足無線移動測試需求的頻譜分析儀

滿足無線移動測試需求的頻譜分析儀

　　隨著各種數(shù)字電子設(shè)備投放市場,移動通信和無線局域網(wǎng)的應(yīng)用日益廣泛。在日常生活中，人們可能擁有其它類似的設(shè)備與應(yīng)用。這些設(shè)備與應(yīng)用包括基于無線傳輸?shù)淖詣邮燮毕到y(tǒng)、無線標(biāo)簽、車載電子交通系統(tǒng)與防撞雷達(dá)。在半導(dǎo)體市場上，對含射頻電路的系統(tǒng)芯片的需求不斷增加，而頻譜分析儀則是測量這些無線通信設(shè)備和高頻信號處理器件的最基本儀器。

頻譜分析儀技術(shù)發(fā)展

　　為支持上述應(yīng)用，電子測量儀器制造廠商正在增強(qiáng)頻譜分析儀的測試能力，并努力提高它的可操作性和數(shù)據(jù)處理能力。最近，儀器制造廠商正在評估可能提高數(shù)字信號處理能力的新電路。其研究主要集中在以下幾個(gè)方面：

中頻電路數(shù)字化

　　頻譜分析分析儀具有復(fù)雜的電路。它的模擬電路由射頻輸入部分和中頻檢測部分所組成。該電路較寬的溫度范圍和隨時(shí)間變化的特性是一個(gè)問題。中頻電路或后續(xù)電路對造成不穩(wěn)定性起了很大的作用。決定頻譜分析儀分辨率帶寬的中頻濾波器是由一個(gè)線圈、一個(gè)電容和一個(gè)晶體組成的諧振電路。該濾波器可在幾個(gè)不同帶寬之間轉(zhuǎn)換，因此，容易調(diào)錯(cuò)。電平值通常用分貝來表示。這種表示方法是通過對中頻濾波器及對數(shù)放大器（它有90分貝或更高的動態(tài)范圍）的輸出信號電壓進(jìn)行對數(shù)壓縮來實(shí)現(xiàn)的，因此，電平值不會受非線性特性的影響。中頻/對數(shù)電路的數(shù)字化大大降低了不穩(wěn)定因素。輸入到中頻電路的高頻信號通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。濾波器和對數(shù)（LOG）放大器的所有特性均由數(shù)字運(yùn)算來確定。檢測電路也是如此，于是，實(shí)現(xiàn)了非常穩(wěn)定的電平值顯示。

內(nèi)含信號發(fā)生器

　　高性能頻譜分析儀的應(yīng)用不局限于高頻特性測試，還能用來分析數(shù)字調(diào)制信號的調(diào)制性能。在許多應(yīng)用場合，它們和數(shù)字調(diào)制信號發(fā)生器相配合，可測試濾波器及放大器的畸形調(diào)制特性。有一種頻譜分析儀，在其機(jī)箱中裝有具有I/Q輸入和數(shù)字調(diào)制能力的射頻信號發(fā)生器、I/Q任意波形發(fā)生器、矢量信號分析儀和高頻頻譜分析儀等部件。調(diào)制數(shù)據(jù)存儲在任意波形發(fā)生器的存儲區(qū)域中，并能用來產(chǎn)生I/Q信號。而I/Q信號能數(shù)字調(diào)制射頻信號發(fā)生器的輸出信號。采用這種頻譜分析儀，能構(gòu)建一種獨(dú)特的測量環(huán)境，其典型產(chǎn)品如日本Advantest公司的Ｒ3671頻譜分析儀。

選擇的原則

　　頻譜分析儀的應(yīng)用非常廣泛,對不同的應(yīng)用，可選擇不同型號的頻譜分析儀?，F(xiàn)在已有直接輸入高達(dá)50GHz的頻譜分析儀。利用外部混頻器，最大的測量范圍可達(dá)數(shù)百吉赫（GHz）。用戶能選用合適的型號來完成他們的測試任務(wù)。如果按照功能來分，可供選用的頻譜分析儀各式各樣：其中，包括用于技術(shù)開發(fā)的多功能頻譜分析儀，以及用于信號監(jiān)視的單功能頻譜分析儀。

選擇頻率范圍

　　選擇不同的頻譜分析儀之前要做的第一件事是確定測試頻率范圍。頻譜分析儀至少要覆蓋被測信號的頻段。為了評估振蕩器或發(fā)射機(jī)，必須測量雜頻發(fā)射。這些雜頻發(fā)射信號可能是由基本頻率整倍數(shù)的諧波分量以及不同頻率組合所產(chǎn)生的頻率分量的組合。通常，諧波測量需要的頻率范圍為基本頻率的2_5倍。頻譜分析儀的這種能力取決于被測通信系統(tǒng)。對于有較高頻率的通信系統(tǒng)而言，單臺頻譜分析儀常常不能覆蓋其全部測試頻率范圍。這是因?yàn)槠渲C波已進(jìn)入毫米波頻段。在這種情況下，必須采用外部混頻器。這是擴(kuò)大頻譜分析儀頻率測試范圍的簡單方法。然而，這種外部混頻器在射頻電路之前沒有預(yù)選器。它們存在這樣一個(gè)缺點(diǎn)：顯示被測信號和圖像信號。通常，測試人員通過顯示屏將被測信號與圖像信號分開。但是這一復(fù)雜的操作很麻煩。當(dāng)打印屏幕數(shù)據(jù)時(shí)，圖像信號沒有用，并容易引起混淆。新型頻譜分析儀能消除圖像信號，并不會引起誤導(dǎo)作用。它們與一個(gè)簡單的外部混頻器相結(jié)合，不犧牲功能，就能達(dá)到所需的測試頻率范圍。這種毫米波頻譜分析儀已被用戶廣泛使用。

選擇頻率精度與穩(wěn)定性

　　最近，用頻譜分析儀來測試頻率已很普遍。主要原因是頻譜分析儀能測量用普通計(jì)數(shù)器不能測試的微弱信號的頻率。第二個(gè)原因是頻譜分析儀易于實(shí)現(xiàn)頻率選擇。因此，對多載頻信號的頻率測量來說，頻譜分析儀已是必可少的手段。頻譜分析儀的測試頻率精度取決于它采用的本振。最普通的本振是基于鎖相環(huán)電路的合成振蕩器。這種頻譜分析儀的頻率精度取決于作為頻率參考源的晶體振蕩器的絕對頻率精度。然而，某些廉價(jià)的頻譜分析儀沒有采用這種合成器。

　　為了評估射頻通信設(shè)備的傳輸特性，占用帶寬和鄰近信道泄漏功率是要完成的2項(xiàng)測試項(xiàng)目。完成這2項(xiàng)測量項(xiàng)目的普通方法是對頻譜分析儀顯示的頻譜波形進(jìn)行功率操作。采用這種方法，要應(yīng)用頻譜分析儀顯示屏顯示的頻率軸上的數(shù)據(jù)。這種測試方法與測試設(shè)備的頻率穩(wěn)定度密切相關(guān)。因此，要求測試設(shè)備有一定的頻率測量精度與穩(wěn)定度。此外，頻譜分析儀的量程精度也可能影響測量結(jié)果。一些新型頻譜分析儀已采用直接數(shù)字合成器來替代壓控振蕩器，大大提高了頻率測量精度。

選擇功率測量能力和功率測量精度

　　通常，用功率計(jì)測量信號的功率，然而，在測量移動電話網(wǎng)的多載波信號的功率方面，頻譜分析儀是必不可少的儀器。這是因?yàn)槔霉β视?jì)的寬帶檢測器不能實(shí)現(xiàn)有效的頻率選擇。

　　對于幾個(gè)頻率分割成的無數(shù)信號分量，頻譜分析儀有能力測量以下指標(biāo)：頻段（擴(kuò)頻信號）內(nèi)的功率密度、平均功率（幅度變化很大的信號）和總功率。

　　工業(yè)界要求很高的測量精度。在數(shù)字移動通信方面，為了平均發(fā)射功率的瞬時(shí)值，規(guī)定了功率的上下限。頻譜分析儀常被用來測量這些值，并要求它具有很高的測量精度。頻譜分析儀的電平精度通常要達(dá)到1_3分貝。目前，已有測量誤差更小的頻譜分析儀可供選用。這類頻譜分析儀具有以下幾種校準(zhǔn)能力：