高頻譜儀的幅度測量精度方案

　　頻譜儀通常采用YIG調(diào)諧濾波器作為預選濾波器，YIG濾波器也會影響頻譜儀的頻響特性。該濾波器必須精確的調(diào)諧和對準，以避免引入額外的頻響變化，由于本振的掃描速度有限，因此YIG濾波器還要加上一些延遲和補償，以保證其中心頻率和本振同步。頻譜儀的前端通常還加一個低通濾波器，在測量YIG預選器不能達到的低端頻率的信號時(通常2GHz以下)，該低通濾波器用于濾除高頻信號。盡管該濾波器也會影響整體的頻響特性，但是其影響比YIG濾波器小很多。

　　由于部分頻譜儀采用諧波混頻技術，儀器內(nèi)部實際上有很多個混頻頻段，每個頻段都有特定的頻響，因此在各個頻段之間切換的時候也會引入不確定度。例如PSA系列到26.5GHz的E4440A頻譜儀，內(nèi)部分五個混頻頻段，分別為：3 Hz 到3 GHz, 2.85到 6.6 GHz, 6.2到13.2 GHz, 12.8到19.2 GHz, 18.7到26.5 GHz。當設置的頻率跨度(Span)超過兩個混頻頻段時，儀器會自動切換內(nèi)部混頻頻段，從而引入幅度不確定度。當測量兩個處于不同混頻頻段的信號的相對值時，總的不確定度等于兩個頻段的頻響之和加上頻帶切換不確定度。如果指標中沒有注明頻帶切換的不確定度，可以用以校準源為參考的絕對頻響參數(shù)，來確定各個頻段的總測量不確定度(見表1)。

如何提高頻譜儀的幅度測量精度

　　頻譜儀中另一個不確定度的來源是量程的可信度。當測量兩個位于不同垂直位置(量程)的信號時，不同量程的可信度就會影響結(jié)果。檢波器和ADC的線性度、對數(shù)/線形放大器的線形度都會影響量程的可信度。對于大部分對數(shù)放大器而言，其線形度隨著輸入點評的降低而惡化。

　　對于幅度接近的兩個信號，量程的不確定約為零點幾dB，對于幅度相差很大的信號，這個不確定度可達2dB。典型的量程可信度指標為：±0.4 dB/4 dB其累積最大值±1.0 dB。其中±0.4 dB/4 dB這個指標對于幅度相近的信號適用，而累積指標對于幅度相差較大的信號適用。

　　當頻譜儀要測量不同電平的信號時，其靈活度可以通過調(diào)節(jié)參考電平來實現(xiàn)，但是調(diào)節(jié)參考電平也會引入不確定度。參考電通和輸入衰減器和中頻增益有關，其范圍可以從顯示平均底噪(DANL)調(diào)節(jié)到其能承受的最大輸入電平。調(diào)節(jié)參考電平實際上就是調(diào)節(jié)中頻放大器的增益，中頻放大器本身(和所有的放大器一樣)其增益都會隨著幅度和頻率變化。因此測試過程中，任何參考電平的調(diào)節(jié)都會引入不確定度。

　　參考電平通常通過儀器內(nèi)部的標準參考源(當然也可以用外部源)進行校準。和很多功率計內(nèi)置的標準源類似，PSA系列頻譜儀內(nèi)置一個頻率為50MHz，功率為-25dBm的標準源，其幅度精度為±0.24 dB(而ESA-E系列通用頻譜儀的內(nèi)置標準源的幅度和頻率和PSA一樣，但是精度為±0.34 dB)。因此當設置參考電平為-25dBm、衰減器為10dB的時候，頻譜儀的測量精度最高，因為頻譜儀參考電平相關參數(shù)就是在這個狀態(tài)下進行校準的。

　　參考電平不確定度這個指標通常這樣給出：如±0.3 dB 在-20 dBm，隨著參考電平偏離-20dBm，這個指標會有一定增大。需要注意的是不同儀器的指標里對“參考電平不確定度”可能會用不同的名詞。例如，安捷倫科技的8560系列便攜式頻譜儀指標中用“中頻增益不確定度”這個詞，而PSA系列則用“參考電平精度”這個詞。

　　由于射頻微波衰減器的衰減值會隨頻率變化(有時甚至隨溫度變化)，因此步進衰減器的精度也是頻率的函數(shù)。另外，參考電平校準時的衰減器設置如果和實際測量的設置不一樣，也會引入不確定度。大多數(shù)衰減器的精度都是隨著頻率的升高而惡化的，衰減器切換的典型不確定度為±1 dB。