如何在頻譜分析中避免較大幅度誤差

微波頻譜分析儀采用可調諧預選濾波器，通過(guò)去除多余的混頻器鏡像(mixer image)以及本地振蕩器(LO)的諧波響應來(lái)改善性能。不幸地是，這些預選器不穩定，必須頻繁地調諧，而且正確的預選器調諧通常要求在感興趣頻率處的信號近似為CW統計分布。在新型MXA信號分析儀中，一個(gè)完整的噪聲源被用作預選濾波器的調諧信號，這有助于確保濾波器精度成為該儀器中自動(dòng)例行程序的要素。

工作在26.5GHz的現代頻譜分析儀具有一個(gè)“低頻帶”和一個(gè)“高頻帶”信道，如圖1所示。低頻帶通?？晒ぷ髟?GHz或更高頻率。在低頻帶上，信號上變頻到接近4GHz或更高的高IF頻段，然后再下變頻到接近300MHz的較低IF頻段。這種雙變頻方式可以極大地減少混頻器鏡像響應。

“高頻帶”頻率范圍實(shí)際上不能通過(guò)與低頻帶范圍一樣的模塊圖來(lái)創(chuàng )建，這是因為初級IF放大器將不得不工作在某個(gè)頻率下，該頻率下的放大器噪聲和失真總是無(wú)法滿(mǎn)足操作人員的要求。如圖1所示的備選模塊采用單個(gè)轉換步驟到IF輸出。在這個(gè)模塊圖中，初級混頻器中的鏡像響應僅通過(guò)兩倍IF大小的頻率(或大約600MHz)來(lái)間隔。這些鏡像在頻譜分析儀中不受歡迎。因此，可采用可調諧預選濾波器(帶通濾波器)來(lái)去除鏡像。

為實(shí)現微波頻率下所要求的抑制性能和調諧帶寬，預選濾波器以釔鐵石榴石(YIG)技術(shù)為基礎。YIG球的行為被控制在一個(gè)精確的磁場(chǎng)中，可產(chǎn)生用于去除來(lái)自頻譜分析儀信道的多余鏡像與響應的濾波器通帶諧振。

YIG預選器通常具有大約40到80MHz的通帶帶寬，可以在一個(gè)較寬的微波頻率范圍內進(jìn)行調諧。當用于高達26.5GHz的頻率時(shí)，需要極高的諧振器品質(zhì)因數(Q)，導致截止頻率過(guò)高，同時(shí)也造成幅度和頻率的不穩定性。

調諧后漂移是YIG調諧帶通濾波器不穩定特性的一種表現。用于調諧YIG球諧振頻率的磁鐵隨著(zhù)所選頻率的變化而加熱或冷卻。磁鐵的溫度變化會(huì )影響磁鐵的尺度及磁場(chǎng)強度，從而影響濾波器調諧的頻率。磁鐵/球結構的機械老化過(guò)程類(lèi)似，同樣導致不穩定性增大。

同樣，調諧電流和濾波器中心頻率之間的關(guān)系并不能通過(guò)任何簡(jiǎn)單的代數函數來(lái)精確建模。因此，即使調諧非常穩定，但也會(huì )存在調諧誤差。結果就是頻率調諧誤差導致幅度誤差(圖2)。

圖2a顯示了一個(gè)典型的YIG濾波器響應。x軸表示頻率，但由于YIG濾波器的頻率幾乎與調諧電流成正比，x軸也可以被認為是YIG濾波器的調諧電流。在這個(gè)例子中，較小的調諧電流誤差映射成工作點(diǎn)上與通帶斜率成正比的幅度誤差。設計工作點(diǎn)是-4dB響應點(diǎn)之間的中點(diǎn)，因為就調諧誤差而言該設計非常魯棒。

可以通過(guò)利用現代頻譜分析儀進(jìn)行測量的方式調節YIG濾波器。用戶(hù)可以直接調節工作電流，或執行“預選器取中(preselector center)”操作。由于頻譜分析儀的幅度響應是在對預選器調諧取中的條件下進(jìn)行出廠(chǎng)校準的，所以取中是最佳操作。請注意，預選器的調諧精度變差將導致幅度精度降低。

圖2b顯示了YIG濾波器取中操作的重要性。A點(diǎn)表示用于對YIG濾波器頻率響應進(jìn)行出廠(chǎng)校準的坐標位置。該點(diǎn)位于新型分析儀室溫下的響應曲線(xiàn)上。其水平位置在-4dB(相對峰值)響應頻率之間的中點(diǎn)。