高頻譜儀的幅度測量精度方案

掃頻式超外差頻譜儀通過混頻器把輸入信號(hào)變換到中頻(IF)，在中頻進(jìn)行放大、濾波和檢波處理。預(yù)選濾波器(有時(shí)是低通濾波器)主要用于濾除鏡像頻率的信號(hào)，頻譜儀屏幕上顯示的參考電平和中頻放大器的增益有關(guān)，該放大器只是調(diào)節(jié)信號(hào)在屏幕上顯示的垂直位置，不影響輸入衰減器端的電平。屏幕的橫軸是頻率，縱軸是測得的信號(hào)電平，一般以線形的電壓Volt或?qū)?shù)形式的dB表示。

　　頻譜儀的幅度精確度通常有絕對(duì)精度和相對(duì)精度兩種。絕對(duì)精度指的是信號(hào)的功率電平精度，單位為dBm;而相對(duì)精度指的是測量兩個(gè)信號(hào)之間差值的精度，其中的一個(gè)信號(hào)作為另一個(gè)的參考，例如測量諧波信號(hào)的時(shí)候，一般測量諧波和基波的功率比。通過測量一個(gè)幅度和頻率非常準(zhǔn)確的校準(zhǔn)源，以上兩種精度都可以得到提高。

　　頻譜儀中前端的信號(hào)處理元件如放大器、濾波器和混頻器都是幅度測量誤差的來源。在許多頻譜儀設(shè)計(jì)中，采用更好的元件可以提高精度。安捷倫科技的高性能頻譜儀PSA系列(如圖2)，采用了一整套數(shù)字中頻濾波器，可以避免模擬中頻濾波器的幅度變化。但是僅僅提高整個(gè)信號(hào)處理鏈路中的部分元件，還不足以消除所有的誤差來源，更好的了解頻譜儀各個(gè)模塊之間的相互作用，有助于減小誤差，提高幅度測量精度。

　　幅度測量的精度為什么這么重要呢?例如有些通訊標(biāo)準(zhǔn)要求調(diào)制的載波功率不能超過某個(gè)特定的值，這對(duì)絕對(duì)精度提出了要求;過多的諧波或雜散信號(hào)會(huì)對(duì)其他的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，這對(duì)相對(duì)精度也提出了要求，這些系統(tǒng)中的放大器必須滿足特定的線形度要求，以保證不會(huì)產(chǎn)生較高的諧波和雜散信號(hào)，對(duì)于這些系統(tǒng)中的濾波器必須同時(shí)測量通帶和阻帶特性。
如何提高頻譜儀的幅度測量精度

　　頻譜各個(gè)元件之間的相互作用是誤差的來源之一。表1列舉了部分幅度測量誤差的來源。大多數(shù)儀器廠商在其產(chǎn)品的指標(biāo)中都會(huì)同時(shí)注明絕對(duì)和相對(duì)不確定度。因?yàn)橄鄬?duì)不確定度對(duì)兩種測量都有影響，因此本文將重點(diǎn)討論相對(duì)不確定度。

如何提高頻譜儀的幅度測量精度

　　頻譜儀的頻率響應(yīng)平坦度是幅度誤差的主要來源之一。該指標(biāo)描述的是相對(duì)幅度不確定度和頻率的函數(shù)關(guān)系，受輸入衰減器、混頻器、本振幅度和輸入濾波器的頻響平坦度的影響。頻響的不確定度一般有絕對(duì)和相對(duì)兩種表示方法。相對(duì)不確定度描述的是整個(gè)頻率范圍內(nèi)，相對(duì)于中央頻點(diǎn)的最大可能幅度不確定度，一般比相同頻段的絕對(duì)不確定度要小。但是為了得到某個(gè)帶內(nèi)相對(duì)幅度測量的頻響不確定度，相對(duì)頻響指標(biāo)值還要乘二，以反映整個(gè)帶內(nèi)頻響的峰-峰值，這會(huì)導(dǎo)致其通常比絕對(duì)頻響指標(biāo)還要高。