高頻譜儀的幅度測量精度方案

　　由于模擬濾波器的頻響不是很理想，不同帶寬的濾波器之間的輸出幅度特性會有較大的差別。因此測量時轉(zhuǎn)換分辨率帶寬濾波器也會引入不確定度，特別是使用模擬濾波器時。而數(shù)字濾波器在這方面的表現(xiàn)就很好，但是數(shù)字濾波器的實現(xiàn)成本更高，因此在ESA系列中檔頻譜儀中，數(shù)字中頻濾波器只做到300Hz，更高帶寬的濾波器模擬的。

　　而高端的PSA系列的中頻處理部分則采用全數(shù)字設(shè)計，還包含F(xiàn)FT分析和數(shù)字是掃頻接收機。該設(shè)計不但提高了幅度測量精度，而且還提高了掃描速度。

　　改變屏幕顯示每一格的尺度也會影響測量精度。例如把每格10dB的尺度改為每格1dB，這時頻譜儀的對數(shù)/線形放大器的特性會有變化，這也會引入不確定度。當(dāng)然在測量中保持刻度不變，可以避免這種誤差。典型的線形-對數(shù)轉(zhuǎn)換不確定度在參考電平位置為±0.25 dB，但是如果頻譜儀此時顯示的是已經(jīng)保存的軌跡，這個不確定度對測量就沒有影響。

　　總的相對幅度測量不確定度受上述所有因素的疊加影響。有一些誤差來源于改變設(shè)置，如果衰減器、分辨率帶寬、參考電平等設(shè)置不變，相關(guān)的所有不確定度就可以排除，總的不確定度就可以減至最小。例如PSA系列頻譜儀由于采用全數(shù)字分辨率帶寬濾波器，因此在切換分辨率帶寬時，不會引入額外的誤差，其精度遠比采用模擬濾波器的頻譜儀高。

　　為了提高相對幅度測量的精度，最簡單的方法是在測量的過程中不要改變設(shè)置：不要改變分辨率濾波器設(shè)置，但是像PSA這樣采用全數(shù)字濾波器的，可以改變分辨率帶寬濾波器;參考電平校準(zhǔn)和實際測量時，保證采用同樣的衰減器設(shè)置;測試過程中不要改變每一格的尺度。

　　連接頻譜儀和被測件之間的信號傳輸網(wǎng)絡(luò)會影響被測信號的特性，因此這些網(wǎng)絡(luò)的特性也必須被補償?shù)?。通常采用頻譜儀內(nèi)置的幅度修正功能，加上測試信號源和功率計，可以測出該網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)特性，把測量的結(jié)果做成一個表格存在頻譜儀內(nèi)部，測量時用表格中的數(shù)據(jù)進行修正即可。對于某些測試中必須用的天線、電纜等附件，也可以用上述的辦法進行補償。并且儀器可以存儲很多組數(shù)據(jù)，以應(yīng)對不同的設(shè)置。

　　下面是一個典型的計算不確定度的例子，本例中被測信號的頻率為1GHz，幅度為-20dBm。為了對比不同儀器的測試精度，選用了高端的PSA系列4440A和中端的ESA-E系列E4402A頻譜儀。各項設(shè)置均相同：衰減器為10dB，頻率跨度為20KHz，參考電平為-10dBm，掃描時間設(shè)為自動，分辨率帶寬為10KHz，視頻帶寬為1KHz。環(huán)境溫度為室溫(+20 到 +30°C)，E4440A PSA(數(shù)字中頻濾波器)的標(biāo)稱絕對幅度不確定度為±0.24 dB，而ESA(模擬中頻濾波器)的指標(biāo)為±0.54 dB。上述的兩個數(shù)字分別加上兩款頻譜儀的絕對頻率響應(yīng)，其和就是最壞情況下的不確定度。對于更高頻率信號，特別是諧波測試時，由于儀器要切換內(nèi)部混頻頻段，其不確定度會更大。

　　采用數(shù)字中頻濾波器可以有效地提高頻譜儀的測量精度。測量過程中，合理的儀器設(shè)置也可以保證測試的結(jié)果能滿足儀器給出的最佳精度。