频谱仪进行准确的信号功率测量

　　根据现代超外差式频谱分析仪原理(见图2)，进入频谱仪的射频信号经过混频器变为中频，中频滤波器对此信号的带宽进行限制(RBW)，再经电压包络进行检波，然后经视频滤波器，最后通过数字检波器的计算得到测试频谱。

　　图2 现代超外差式频谱分析仪原理框图

　　可以明确：对于正弦连续波的功率测试，只要信噪比足够高，频谱仪的测试设置相对简单，本文不做过多叙述。本文主要针对模拟和数字调制信号以及噪声信号进行准确功率测试的原理分析及仪器设置，并对其带来的误差项进行评估。

　　检波器的作用及类型

　　现代频谱仪的检波器通常是数字的，是一些加权算法，是对视频信号的处理和计算。对应频谱上每一个显示像素点，都有N个采样值，如图3所示。

　　图3 中频信号经包络检波器和视频滤波器输出视频信号及其采样

　　检波器有多种，包括自动峰值检波器、最大(小)峰值检波器、平均值检波、均方根检波器(RMS)等。

　　RMS检波器中计算对应于每个像素点的所有采样值的均方根。结果为像素点对应频宽内的信号功率。在RMS计算时，包络的采样值要求采用线性刻度，且：

　　检波器和平均功率

　　现代频谱仪的检波器包括两部分：包络检波器获得正弦波的均方根值(峰值电压的0.707倍);数字检波器为取值加权算法。频谱仪内的检波器是电压检波器，频谱仪显示功率测试值的方法是：Pi=Vi2/R，频谱仪通常是50欧姆阻抗，因此：

　　其中pi是频谱功率显示点，Vi是电压采样点，R是频谱仪阻抗。

　　根据以上推论，要通过频谱仪获得平均功率，必须选择真正的RMS检波器。

　　为什么要平均

　　对于噪声和类噪声信号的频谱，需要对踪迹进行平滑以获得稳定的读数，也就是频谱仪对测试结果进行平均。平均的结果是对噪声和类噪声信号进行平滑，即去除频谱“毛刺”，对于单频点连续波信号的测试值来说，结果没有改变。

　　由于频谱仪进行功率测试时，功率值是通过电压采样和检波值计算而得，因此，测试人员必须清楚由于平均对测试值带来的影响，否则就会得到错误结论。

　　根据概率论，带内高斯噪声分布为瑞利分布。对于瑞利分布的噪声，当采样足够多时，标准偏差(σ)与平均误差(算术平均值)(

)之间具有如下关系：

　　对于频谱仪来说，中频信号经包络检波器后获得电压有效值(RMS)，因此平均误差(

)幅度包络要除以，因此，在频谱仪测试过程中，

　　所以，在频谱仪测试时，电压包络线性平均值对应的功率值(

2)比真正的平均功率(RMS检波所对应的s2)小1.05dB。