高頻譜儀的幅度測量精度方案

　　頻譜儀通常采用YIG調諧濾波器作為預選濾波器，YIG濾波器也會(huì )影響頻譜儀的頻響特性。該濾波器必須精確的調諧和對準，以避免引入額外的頻響變化，由于本振的掃描速度有限，因此YIG濾波器還要加上一些延遲和補償，以保證其中心頻率和本振同步。頻譜儀的前端通常還加一個(gè)低通濾波器，在測量YIG預選器不能達到的低端頻率的信號時(shí)(通常2GHz以下)，該低通濾波器用于濾除高頻信號。盡管該濾波器也會(huì )影響整體的頻響特性，但是其影響比YIG濾波器小很多。

　　由于部分頻譜儀采用諧波混頻技術(shù)，儀器內部實(shí)際上有很多個(gè)混頻頻段，每個(gè)頻段都有特定的頻響，因此在各個(gè)頻段之間切換的時(shí)候也會(huì )引入不確定度。例如PSA系列到26.5GHz的E4440A頻譜儀，內部分五個(gè)混頻頻段，分別為：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。當設置的頻率跨度(Span)超過(guò)兩個(gè)混頻頻段時(shí)，儀器會(huì )自動(dòng)切換內部混頻頻段，從而引入幅度不確定度。當測量?jì)蓚€(gè)處于不同混頻頻段的信號的相對值時(shí)，總的不確定度等于兩個(gè)頻段的頻響之和加上頻帶切換不確定度。如果指標中沒(méi)有注明頻帶切換的不確定度，可以用以校準源為參考的絕對頻響參數，來(lái)確定各個(gè)頻段的總測量不確定度(見(jiàn)表1)。

如何提高頻譜儀的幅度測量精度

　　頻譜儀中另一個(gè)不確定度的來(lái)源是量程的可信度。當測量?jì)蓚€(gè)位于不同垂直位置(量程)的信號時(shí)，不同量程的可信度就會(huì )影響結果。檢波器和ADC的線(xiàn)性度、對數/線(xiàn)形放大器的線(xiàn)形度都會(huì )影響量程的可信度。對于大部分對數放大器而言，其線(xiàn)形度隨著(zhù)輸入點(diǎn)評的降低而惡化。

　　對于幅度接近的兩個(gè)信號，量程的不確定約為零點(diǎn)幾dB，對于幅度相差很大的信號，這個(gè)不確定度可達2dB。典型的量程可信度指標為：±0.4 dB/4 dB其累積最大值±1.0 dB。其中±0.4 dB/4 dB這個(gè)指標對于幅度相近的信號適用，而累積指標對于幅度相差較大的信號適用。

　　當頻譜儀要測量不同電平的信號時(shí)，其靈活度可以通過(guò)調節參考電平來(lái)實(shí)現，但是調節參考電平也會(huì )引入不確定度。參考電通和輸入衰減器和中頻增益有關(guān)，其范圍可以從顯示平均底噪(DANL)調節到其能承受的最大輸入電平。調節參考電平實(shí)際上就是調節中頻放大器的增益，中頻放大器本身(和所有的放大器一樣)其增益都會(huì )隨著(zhù)幅度和頻率變化。因此測試過(guò)程中，任何參考電平的調節都會(huì )引入不確定度。

　　參考電平通常通過(guò)儀器內部的標準參考源(當然也可以用外部源)進(jìn)行校準。和很多功率計內置的標準源類(lèi)似，PSA系列頻譜儀內置一個(gè)頻率為50MHz，功率為-25dBm的標準源，其幅度精度為±0.24 dB(而ESA-E系列通用頻譜儀的內置標準源的幅度和頻率和PSA一樣，但是精度為±0.34 dB)。因此當設置參考電平為-25dBm、衰減器為10dB的時(shí)候，頻譜儀的測量精度最高，因為頻譜儀參考電平相關(guān)參數就是在這個(gè)狀態(tài)下進(jìn)行校準的。

　　參考電平不確定度這個(gè)指標通常這樣給出：如±0.3 dB 在-20 dBm，隨著(zhù)參考電平偏離-20dBm，這個(gè)指標會(huì )有一定增大。需要注意的是不同儀器的指標里對“參考電平不確定度”可能會(huì )用不同的名詞。例如，安捷倫科技的8560系列便攜式頻譜儀指標中用“中頻增益不確定度”這個(gè)詞，而PSA系列則用“參考電平精度”這個(gè)詞。

　　由于射頻微波衰減器的衰減值會(huì )隨頻率變化(有時(shí)甚至隨溫度變化)，因此步進(jìn)衰減器的精度也是頻率的函數。另外，參考電平校準時(shí)的衰減器設置如果和實(shí)際測量的設置不一樣，也會(huì )引入不確定度。大多數衰減器的精度都是隨著(zhù)頻率的升高而惡化的，衰減器切換的典型不確定度為±1 dB。