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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

  由于模拟滤波器的频响不是很理想,不同带宽的滤波器之间的输出特性会有较大的差别。因此测量时转换分辨率带宽滤波器也会引入不确定度,特别是使用模拟滤波器时。而数字滤波器在这方面的表现就很好,但是数字滤波器的实现成本更高,因此在ESA系列中档频谱仪中,数字中频滤波器只做到300Hz,更高带宽的滤波器模拟的。

  而高端的PSA系列的中频处理部分则采用全数字设计,还包含FFT分析和数字是扫频接收机。该设计不但提高了,而且还提高了扫描速度。

  改变屏幕显示每一格的尺度也会影响。例如把每格10dB的尺度改为每格1dB,这时频谱仪的对数/线形放大器的特性会有变化,这也会引入不确定度。当然在测量中保持刻度不变,可以避免这种误差。典型的线形-对数转换不确定度在参考电平位置为±0.25 dB,但是如果频谱仪此时显示的是已经保存的轨迹,这个不确定度对测量就没有影响。

  总的相对测量不确定度受上述所有因素的叠加影响。有一些误差来源于改变设置,如果衰减器、分辨率带宽、参考电平等设置不变,相关的所有不确定度就可以排除,总的不确定度就可以减至最小。例如PSA系列频谱仪由于采用全数字分辨率带宽滤波器,因此在切换分辨率带宽时,不会引入额外的误差,其精度远比采用模拟滤波器的频谱仪高。

  为了提高相对幅度测量的精度,最简单的方法是在测量的过程中不要改变设置:不要改变分辨率滤波器设置,但是像PSA这样采用全数字滤波器的,可以改变分辨率带宽滤波器;参考电平校准和实际测量时,保证采用同样的衰减器设置;测试过程中不要改变每一格的尺度。

  连接频谱仪和被测件之间的信号传输网络会影响被测信号的特性,因此这些网络的特性也必须被补偿掉。通常采用频谱仪内置的幅度修正功能,加上测试信号源和功率计,可以测出该网络的频率响应特性,把测量的结果做成一个表格存在频谱仪内部,测量时用表格中的数据进行修正即可。对于某些测试中必须用的天线、电缆等附件,也可以用上述的办法进行补偿。并且仪器可以存储很多组数据,以应对不同的设置。

  下面是一个典型的计算不确定度的例子,本例中被测信号的频率为1GHz,幅度为-20dBm。为了对比不同仪器的测试精度,选用了高端的PSA系列4440A和中端的ESA-E系列E4402A频谱仪。各项设置均相同:衰减器为10dB,频率跨度为20KHz,参考电平为-10dBm,扫描时间设为自动,分辨率带宽为10KHz,视频带宽为1KHz。环境温度为室温(+20 到 +30°C),E4440A PSA(数字中频滤波器)的标称绝对幅度不确定度为±0.24 dB,而ESA(模拟中频滤波器)的指标为±0.54 dB。上述的两个数字分别加上两款频谱仪的绝对频率响应,其和就是最坏情况下的不确定度。对于更率信号,特别是谐波测试时,由于仪器要切换内部混频频段,其不确定度会更大。

  采用数字中频滤波器可以有效地提谱仪的。测量过程中,合理的仪器设置也可以保证测试的结果能满足仪器给出的最佳精度。


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