頻譜儀在信號(hào)功率測(cè)量中的應(yīng)用

頻譜儀實(shí)現(xiàn)平均的方式

頻譜儀實(shí)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(cè)量結(jié)果進(jìn)行算術(shù)平均來(lái)作蹤跡平滑。

視頻濾波器是置于電壓包絡(luò)檢波器之后，數(shù)字加權(quán)檢波器之前的數(shù)字低通濾波器。視頻濾波器對(duì)電壓包絡(luò)采樣值在頻域進(jìn)行低通濾波，相當(dāng)于時(shí)域采樣值的平均。

AV檢波器是對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行算術(shù)平均，獲得電壓平均值;RMS檢波器是對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行均方根運(yùn)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(dāng)使用對(duì)數(shù)電平顯示時(shí)，其平均值低1.45dB。當(dāng)使用線性電平顯示且大的視頻帶寬時(shí)(如VBW≥10RBW)，可和AV檢波器一樣得到真實(shí)的平均結(jié)果。

對(duì)于自動(dòng)峰值檢波器，不建議使用多蹤跡平均。若打開(kāi)平均功能，通常會(huì)自動(dòng)切換到取樣檢波。

使用RMS檢波器進(jìn)行平均功率測(cè)試時(shí)，不允許過(guò)程中插入電壓平均功能。因此，通常此時(shí)不允許進(jìn)行蹤跡平均，同理也不允許通過(guò)VBW進(jìn)行平均，一般設(shè)VBW≥3RBW。根據(jù)平均功率和對(duì)數(shù)平均與線性平均值的關(guān)系，如果在使用RMS檢波器時(shí)加入了上述平均設(shè)置，會(huì)使測(cè)試結(jié)果比實(shí)際值小2.5dB (其中包括線性平均的1.05dB和對(duì)數(shù)平均的1.45dB) 。

頻譜儀常用功率測(cè)試方法及信號(hào)處理算法

在頻譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，不管是通信信號(hào)的測(cè)試還是其它調(diào)制信號(hào)的測(cè)試，如廣播、電視以及軍用信號(hào)，通常在信號(hào)帶寬內(nèi)對(duì)整個(gè)信號(hào)平均功率的測(cè)試是十分重要的。以下將對(duì)兩種主要的測(cè)試方法進(jìn)行分析，以避免頻譜儀使用過(guò)程中的錯(cuò)誤設(shè)置。

信道功率

信道功率測(cè)試功能通過(guò)對(duì)信道帶寬內(nèi)的功率密度積分來(lái)進(jìn)行信道功率的測(cè)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(yīng)用中，上述算法會(huì)在選擇的信道帶寬內(nèi)對(duì)像素點(diǎn)的線性值(Pi)求和后除以像素點(diǎn)數(shù)，再除以中頻濾波器噪聲帶寬，乘以信道帶寬，最后取對(duì)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(duì)于要進(jìn)行精確測(cè)量的信道帶寬要很小。通常設(shè)為1%~3%的信道帶寬。

信道功率測(cè)量一般采用RMS檢波器，因?yàn)樗玫降慕Y(jié)果可以進(jìn)行功率計(jì)算獲得真正的信道內(nèi)平均功率。有時(shí)可用采樣檢波器，但是測(cè)試結(jié)果存在偏差。由于對(duì)噪聲或類似噪聲的信號(hào)不能找出峰值或均值檢波出的視頻電壓與輸入信號(hào)功率的關(guān)系，因此不應(yīng)采用峰值檢波和均值檢波。有些通信測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)尤其是時(shí)分信號(hào)采用峰值檢波檢測(cè)瞬態(tài)功率，而不是平均功率。

當(dāng)使用采樣檢波器時(shí)，如果顯示的頻譜范圍相對(duì)于分辨率帶寬很大，離散的信號(hào)分量(正弦波信號(hào))可能由于頻譜儀有限的屏幕像素點(diǎn)而被漏掉顯示，因此信道或鄰道功率的測(cè)量就不正確。因?yàn)閿?shù)字調(diào)制信號(hào)是類噪聲信號(hào)，取樣檢波得到蹤跡就會(huì)類似噪聲，不穩(wěn)定。為了得到穩(wěn)定的結(jié)果，需要采用蹤跡平均，但平均后的信號(hào)測(cè)試結(jié)果會(huì)偏離真實(shí)值。

當(dāng)選擇使用RMS檢波器時(shí)，每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功率是從多個(gè)電壓測(cè)量值中得到的均方根結(jié)果，V2RMS對(duì)應(yīng)的功率P是真正的平均功率。

通過(guò)增大掃描時(shí)間，每一像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)更多的電壓采樣值Vi，達(dá)到蹤跡平滑的目的。因此，測(cè)量信道功率時(shí)選擇RMS檢波器優(yōu)于取樣檢波器。

當(dāng)使用RMS檢波器或取樣檢波器時(shí)，通常此時(shí)不允許進(jìn)行蹤跡平均，同理也不允許通過(guò)VBW進(jìn)行平均，一般設(shè)VBW≥3RBW。

當(dāng)被測(cè)信號(hào)為脈沖和時(shí)分通信信號(hào)時(shí)，可加入時(shí)間門(mén)控功能，進(jìn)行時(shí)隙內(nèi)平均功率測(cè)試。

時(shí)域功率

根據(jù)頻譜儀測(cè)試原理，如果選擇的中頻帶寬RBW大于信號(hào)帶寬，且VBW>RBW，設(shè)頻譜儀掃描寬度SPAN=0，此時(shí)頻譜儀的本振停止掃描，在中頻帶寬內(nèi)進(jìn)行單一頻點(diǎn)的時(shí)域測(cè)量，顯示橫軸為時(shí)間、縱軸為幅度(功率)，顯示的蹤跡對(duì)應(yīng)檢波以后的電壓采樣值。本功能對(duì)于脈沖信號(hào)和時(shí)分通信信號(hào)的功率測(cè)試十分有用。

在頻譜儀內(nèi)部集成了一些算法，可以在設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行功率計(jì)算。要獲得準(zhǔn)確的功率測(cè)量結(jié)果，必須合理設(shè)置加權(quán)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(luò)采樣值Vi。根據(jù)檢波器和平均功率的關(guān)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(luò)功率，選擇“PEAK”;如果選擇“MEAN”，則對(duì)應(yīng)平均電壓，沒(méi)有與其對(duì)應(yīng)的功率值。

深入了解頻譜儀時(shí)域測(cè)試原理后，有時(shí)也可采用RMS檢波方式。此時(shí)采用PEAK功率算法，獲得設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的最大平均功率;選擇“MEAN”獲得設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的平均功率。這種方法有時(shí)會(huì)在時(shí)分通信信號(hào)測(cè)試中，對(duì)不同時(shí)隙功率進(jìn)行測(cè)試時(shí)采用。

功率測(cè)試時(shí)頻譜儀設(shè)置規(guī)則總結(jié)

綜合文中所述，可以歸納出幾點(diǎn)在功率測(cè)試中應(yīng)注意的事項(xiàng)，有助于正確利用頻譜儀，并得出較為準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。

r頻譜儀RMS檢波對(duì)應(yīng)平均功率

r高斯白噪聲的峰均比為10dB~12dB

rRMS檢波時(shí)，不允許進(jìn)行蹤跡平均，同時(shí)VBW≥3RBW

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

r信道功率測(cè)量

• 一般采用RMS檢波

• 不允許進(jìn)行蹤跡平均

• VBW≥3RBW

• 否則測(cè)試值會(huì)比實(shí)際值小(最大2.51dB)

r時(shí)域功率測(cè)量

•用來(lái)測(cè)試脈沖和時(shí)分通信信號(hào)功率

•通常采用采樣值檢波

•VBW>RBW且RBW>信號(hào)帶寬