高頻譜儀的幅度測量精度方案

　　由于模擬濾波器的頻響不是很理想，不同帶寬的濾波器之間的輸出幅度特性會(huì )有較大的差別。因此測量時(shí)轉換分辨率帶寬濾波器也會(huì )引入不確定度，特別是使用模擬濾波器時(shí)。而數字濾波器在這方面的表現就很好，但是數字濾波器的實(shí)現成本更高，因此在ESA系列中檔頻譜儀中，數字中頻濾波器只做到300Hz，更高帶寬的濾波器模擬的。

　　而高端的PSA系列的中頻處理部分則采用全數字設計，還包含FFT分析和數字是掃頻接收機。該設計不但提高了幅度測量精度，而且還提高了掃描速度。

　　改變屏幕顯示每一格的尺度也會(huì )影響測量精度。例如把每格10dB的尺度改為每格1dB，這時(shí)頻譜儀的對數/線(xiàn)形放大器的特性會(huì )有變化，這也會(huì )引入不確定度。當然在測量中保持刻度不變，可以避免這種誤差。典型的線(xiàn)形-對數轉換不確定度在參考電平位置為±0.25 dB，但是如果頻譜儀此時(shí)顯示的是已經(jīng)保存的軌跡，這個(gè)不確定度對測量就沒(méi)有影響。

　　總的相對幅度測量不確定度受上述所有因素的疊加影響。有一些誤差來(lái)源于改變設置，如果衰減器、分辨率帶寬、參考電平等設置不變，相關(guān)的所有不確定度就可以排除，總的不確定度就可以減至最小。例如PSA系列頻譜儀由于采用全數字分辨率帶寬濾波器，因此在切換分辨率帶寬時(shí)，不會(huì )引入額外的誤差，其精度遠比采用模擬濾波器的頻譜儀高。

　　為了提高相對幅度測量的精度，最簡(jiǎn)單的方法是在測量的過(guò)程中不要改變設置：不要改變分辨率濾波器設置，但是像PSA這樣采用全數字濾波器的，可以改變分辨率帶寬濾波器;參考電平校準和實(shí)際測量時(shí)，保證采用同樣的衰減器設置;測試過(guò)程中不要改變每一格的尺度。

　　連接頻譜儀和被測件之間的信號傳輸網(wǎng)絡(luò )會(huì )影響被測信號的特性，因此這些網(wǎng)絡(luò )的特性也必須被補償掉。通常采用頻譜儀內置的幅度修正功能，加上測試信號源和功率計，可以測出該網(wǎng)絡(luò )的頻率響應特性，把測量的結果做成一個(gè)表格存在頻譜儀內部，測量時(shí)用表格中的數據進(jìn)行修正即可。對于某些測試中必須用的天線(xiàn)、電纜等附件，也可以用上述的辦法進(jìn)行補償。并且儀器可以存儲很多組數據，以應對不同的設置。

　　下面是一個(gè)典型的計算不確定度的例子，本例中被測信號的頻率為1GHz，幅度為-20dBm。為了對比不同儀器的測試精度，選用了高端的PSA系列4440A和中端的ESA-E系列E4402A頻譜儀。各項設置均相同：衰減器為10dB，頻率跨度為20KHz，參考電平為-10dBm，掃描時(shí)間設為自動(dòng)，分辨率帶寬為10KHz，視頻帶寬為1KHz。環(huán)境溫度為室溫(+20 到 +30°C)，E4440A PSA(數字中頻濾波器)的標稱(chēng)絕對幅度不確定度為±0.24 dB，而ESA(模擬中頻濾波器)的指標為±0.54 dB。上述的兩個(gè)數字分別加上兩款頻譜儀的絕對頻率響應，其和就是最壞情況下的不確定度。對于更高頻率信號，特別是諧波測試時(shí)，由于儀器要切換內部混頻頻段，其不確定度會(huì )更大。

　　采用數字中頻濾波器可以有效地提高頻譜儀的測量精度。測量過(guò)程中，合理的儀器設置也可以保證測試的結果能滿(mǎn)足儀器給出的最佳精度。