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高频谱仪的幅度测量精度方案

作者:时间:2012-11-20来源:网络收藏

  频谱仪通常采用YIG调谐滤波器作为预选滤波器,YIG滤波器也会影响频谱仪的频响特性。该滤波器必须精确的调谐和对准,以避免引入额外的频响变化,由于本振的扫描速度有限,因此YIG滤波器还要加上一些延迟和补偿,以保证其中心频率和本振同步。频谱仪的前端通常还加一个低通滤波器,在测量YIG预选器不能达到的低端频率的信号时(通常2GHz以下),该低通滤波器用于滤除信号。尽管该滤波器也会影响整体的频响特性,但是其影响比YIG滤波器小很多。

  由于部分频谱仪采用谐波混频技术,仪器内部实际上有很多个混频频段,每个频段都有特定的频响,因此在各个频段之间切换的时候也会引入不确定度。例如PSA系列到26.5GHz的E4440A频谱仪,内部分五个混频频段,分别为: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。当设置的频率跨度(Span)超过两个混频频段时,仪器会自动切换内部混频频段,从而引入不确定度。当测量两个处于不同混频频段的信号的相对值时,总的不确定度等于两个频段的频响之和加上频带切换不确定度。如果指标中没有注明频带切换的不确定度,可以用以校准源为参考的绝对频响参数,来确定各个频段的总测量不确定度(见表1)。

如何提谱仪的

  频谱仪中另一个不确定度的来源是量程的可信度。当测量两个位于不同垂直位置(量程)的信号时,不同量程的可信度就会影响结果。检波器和ADC的线性度、对数/线形放大器的线形度都会影响量程的可信度。对于大部分对数放大器而言,其线形度随着输入点评的降低而恶化。

  对于接近的两个信号,量程的不确定约为零点几dB,对于幅度相差很大的信号,这个不确定度可达2dB。典型的量程可信度指标为:±0.4 dB/4 dB其累积最大值±1.0 dB。其中±0.4 dB/4 dB这个指标对于幅度相近的信号适用,而累积指标对于幅度相差较大的信号适用。

  当频谱仪要测量不同电平的信号时,其灵活度可以通过调节参考电平来实现,但是调节参考电平也会引入不确定度。参考电通和输入衰减器和中频增益有关,其范围可以从显示平均底噪(DANL)调节到其能承受的最大输入电平。调节参考电平实际上就是调节中频放大器的增益,中频放大器本身(和所有的放大器一样)其增益都会随着幅度和频率变化。因此测试过程中,任何参考电平的调节都会引入不确定度。

  参考电平通常通过仪器内部的标准参考源(当然也可以用外部源)进行校准。和很多功率计内置的标准源类似,PSA系列频谱仪内置一个频率为50MHz,功率为-25dBm的标准源,其幅度精度为±0.24 dB(而ESA-E系列通用频谱仪的内置标准源的幅度和频率和PSA一样,但是精度为±0.34 dB)。因此当设置参考电平为-25dBm、衰减器为10dB的时候,频谱仪的最高,因为频谱仪参考电平相关参数就是在这个状态下进行校准的。

  参考电平不确定度这个指标通常这样给出:如±0.3 dB 在-20 dBm,随着参考电平偏离-20dBm,这个指标会有一定增大。需要注意的是不同仪器的指标里对“参考电平不确定度”可能会用不同的名词。例如,安捷伦科技的8560系列便携式频谱仪指标中用“中频增益不确定度”这个词,而PSA系列则用“参考电平精度”这个词。

  由于射频微波衰减器的衰减值会随频率变化(有时甚至随温度变化),因此步进衰减器的精度也是频率的函数。另外,参考电平校准时的衰减器设置如果和实际测量的设置不一样,也会引入不确定度。大多数衰减器的精度都是随着频率的升高而恶化的,衰减器切换的典型不确定度为±1 dB。



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