高频谱仪的幅度测量精度方案

扫频式超外差频谱仪通过混频器把输入信号变换到中频(IF)，在中频进行放大、滤波和检波处理。预选滤波器(有时是低通滤波器)主要用于滤除镜像频率的信号，频谱仪屏幕上显示的参考电平和中频放大器的增益有关，该放大器只是调节信号在屏幕上显示的垂直位置，不影响输入衰减器端的电平。屏幕的横轴是频率，纵轴是测得的信号电平，一般以线形的电压Volt或对数形式的dB表示。

　　频谱仪的幅度精确度通常有绝对精度和相对精度两种。绝对精度指的是信号的功率电平精度，单位为dBm;而相对精度指的是测量两个信号之间差值的精度，其中的一个信号作为另一个的参考，例如测量谐波信号的时候，一般测量谐波和基波的功率比。通过测量一个幅度和频率非常准确的校准源，以上两种精度都可以得到提高。

　　频谱仪中前端的信号处理元件如放大器、滤波器和混频器都是幅度测量误差的来源。在许多频谱仪设计中，采用更好的元件可以提高精度。安捷伦科技的高性能频谱仪PSA系列(如图2)，采用了一整套数字中频滤波器，可以避免模拟中频滤波器的幅度变化。但是仅仅提高整个信号处理链路中的部分元件，还不足以消除所有的误差来源，更好的了解频谱仪各个模块之间的相互作用，有助于减小误差，提高幅度测量精度。

　　幅度测量的精度为什么这么重要呢?例如有些通讯标准要求调制的载波功率不能超过某个特定的值，这对绝对精度提出了要求;过多的谐波或杂散信号会对其他的通信系统产生干扰，这对相对精度也提出了要求，这些系统中的放大器必须满足特定的线形度要求，以保证不会产生较高的谐波和杂散信号，对于这些系统中的滤波器必须同时测量通带和阻带特性。
如何提高频谱仪的幅度测量精度

　　频谱各个元件之间的相互作用是误差的来源之一。表1列举了部分幅度测量误差的来源。大多数仪器厂商在其产品的指标中都会同时注明绝对和相对不确定度。因为相对不确定度对两种测量都有影响，因此本文将重点讨论相对不确定度。

如何提高频谱仪的幅度测量精度

　　频谱仪的频率响应平坦度是幅度误差的主要来源之一。该指标描述的是相对幅度不确定度和频率的函数关系，受输入衰减器、混频器、本振幅度和输入滤波器的频响平坦度的影响。频响的不确定度一般有绝对和相对两种表示方法。相对不确定度描述的是整个频率范围内，相对于中央频点的最大可能幅度不确定度，一般比相同频段的绝对不确定度要小。但是为了得到某个带内相对幅度测量的频响不确定度，相对频响指标值还要乘二，以反映整个带内频响的峰-峰值，这会导致其通常比绝对频响指标还要高。