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頻譜分析儀25問

加油射頻工程師 ? 來源:加油射頻工程師 ? 作者:加油射頻工程師 ? 2022-10-26 14:04 ? 次閱讀

1. 頻譜儀的分辨率是怎么獲得的呢?

在頻譜儀上要區分兩個相鄰的信號,需要把RBW設置到合適的值。這個RB是通過頻譜分析儀里面的濾波器實現的。為了獲得10Hz到10Mhz的RBW,頻譜儀一般使用三種濾波器,覆蓋不同的RBW。分別為模擬濾波器,數字濾波器,FFT。

2. 為什么頻譜分析儀沒有信號的相位信息呢?

FFT的結果中包含了信號的相位信息。但是在頻譜儀的測試結果中,只能看到幅度結果,找不到被測信號的相位信息。即使是正弦波也沒有。

這是因為,在IF濾波器后面跟著包絡檢波器,所以只保留了信號的幅度特性,而相位特性則丟失了。

3. 測試正弦信號時,為什么VBW設置的再小,信號幅度也不會有變化呢?

包絡檢測器的后面為視頻濾波器(video filter),它定義了視頻帶寬(VBW)。視頻濾波器濾除信號中的噪聲中,可以平滑顯示的跡線、使顯示穩定。

正弦信號的包絡恒定,所以經過包絡檢波器后,得到的是直流,所以視頻濾波器的帶寬大小不會影響信號幅度,即減小VBW的值,不會對其正弦信號的幅度產生影響。

4. 如果掃描時間(sweep time)被設置的太小會怎么樣?

掃描時間與濾波器的瞬態響應有關。如果掃描時間被設置的太小,中頻濾波器或視頻濾波器無法達到穩定狀態,從而導致幅度損失和信號顯示失真(頻率偏移)。

為了避免由于掃描時間短而導致的測量誤差,頻譜儀在正常工作模式下,是將分辨率帶寬,視頻帶寬,掃描時間和span聯動。四者之間,改變其中一個,剩下的三個會跟著改變。

在進行手動設置時,如果最小掃描時間沒有滿足,頻譜儀通常會顯示警告,比如UNCAL警告。

5. 怎么確認DUT的三階互調產物的幅值沒受混頻器本身的影響?

頻譜儀自身也會有非線性特性,這主要是由頻譜儀內部的混頻器和放大器產生。而頻譜分析儀前端的衰減器基本不產生互調產物。

頻譜分析儀自身的互調產物會受衰減器的設置值的影響,但是DUT的互調產物不會。所以如果調節混頻器的衰減值時,三階互調產物的值保持恒定,那就說明所測到的DUT的互調產物的幅度是正確的。

6. 頻譜儀射頻輸入口的DC voltage是指什么?

對于工作在DC-coupled模式的頻譜分析儀,該值對應于混頻器能承受的最大直電源。大小通常為0V。

對于工作在AC-Coupled模式的頻譜分析儀,該值對應于頻譜分析儀輸入處耦合電容器的介電強度。大小通常為50V。

7. 使用RMS檢波器的時候,需要注意什么?

不管輸入信號的時間特性,RMS檢測器均能夠測量其實際功率。

RMS檢波器不允許通過減小視頻帶寬或者多條跡線求平均來平滑曲線。在使用RMS檢波器時,VBW需要至少是RBW的3倍,以避免視頻電壓平均,因為這會導致類似噪聲的信號權重不足,從而導致信道功率過太低。。

數字調制信號類似于噪聲信號,對該種信號進行信道功率測量時,第一選擇為RMS檢波器。選用sample檢波器,還需要費心換算。

8. 使用sample檢波器的時候,需要注意什么?

Sample檢波器,與RMS檢波器不同,它是從分配給pixel的樣本中選擇一個值進行顯示。所以如果要顯示的SPAN遠大于分辨率帶寬(SPAN/ RBW》頻率軸上的像素數),信號可能無法以正確顯示。

在測量高斯噪聲時,使用sample檢波器時,其顯示的跡線大約在噪聲引起的IF信號包絡的平均值附近變化。該平均值比RMS值低1.05 dB。如果對數電平顯示模式下且VBW 《RBW下平均噪聲,則顯示的平均值又低1.45 dB。總共比RMS值低2.5 dB。

9. 什么時候用頻譜儀的average功能?

頻譜儀的average功能,可以通過對多次測量(掃描)進行平均,以平滑顯示的跡線。用戶可以輸入要平均的掃描數。

但是有時候,這種平均方法會導致結果與使用窄帶視頻濾波器時的結果不同。

當使用sample檢波器時,在對數電平顯示模式下,顯示的平均值比實際值低1.45 dB。在線性電平顯示模式以及大視頻帶寬(VBW≥10·RBW)的情況下,可以獲得真實的平均值。

對于RMS檢測器,在線性模式或對數電平模式下均不允許軌跡平均。

10. 頻譜儀的marker function重要不?

現代光譜分析儀使用LCD顯示器來顯示記錄的光譜。因此,電平和頻率顯示的分辨率都受到象素限制。

所以頻譜儀都使用marker function來進行突破該限制,以高的分辨率確定結果。

11. 掃描時間(sweep time)和RBW、VBW之間的關系

頻譜儀的最大允許的掃描速度受IF濾波器和視頻濾波器的瞬態響應限制。

如果VBW大于RBW,RBW降低N倍,則所需的最小掃描時間將增加N的平方倍。

如果VBW小于RBW,所需的最小掃描時間受視頻濾波器的瞬態響應影響。將視頻帶寬減小N倍會導致掃描時間延長N倍。

12. 參考電平和衰減器的設置

參考電平是指頻譜儀要顯示的最大信號電平,即其屏幕上頂格的那個。RF衰減值和IF增益會根據參考電平自動調整。

為了避免大信號輸入引起混頻器及后續電路的非線性,需要設置RF衰減器的值。前端衰減器的大小會影響頻譜儀的小信號識別,所以需要合理設置。

同時,為了獲得對數放大器和包絡檢波器(模擬IF濾波器)或A / D轉換器(數字IF濾波器)的總動態范圍,需要調整IF放大器的增益。

13. 為什么參考電平設置的很小的時候,頻譜儀自動給設置的衰減器的值還是10dB呢?

頻譜儀會依據一定的標準,對參考電平和衰減器進行聯動設置。一般標準是,保證level at input of first mixer with full drive=REF LEVEL-RF attenuation。

在非常低的參考電平下,比如-50dBm,頻譜儀也始終會設置至少10 dB的RF衰減。這是因為,這樣做,一則可以保護混頻器,二來實現了良好的輸入匹配,可以減少由于不匹配帶來的測量誤差。

14. Overdriving會在頻譜儀的哪些點產生呢?

混頻器,模擬中頻處理器件(比如說對數放大器、包絡檢波器、ADC等):

15. 如果我要測試30MHz的信號(-50dBm),但是在1GHz處有一個比較大的信號(0dBm)。那我可以不借助濾波器,準確地測試出30MHz信號的性能么?

如果頻譜儀具有預選濾波器(很多頻譜儀采用YIG濾波器作為預選濾波器),則可以認為相當于在頻譜儀前面接了個濾波器。那自然可以準確測試出30MHz信號的性能。

沒有預選濾波器的情況下,即使大信號過度驅動了混頻器(該大信號不能被準確測量),但是由于中頻濾波器的作用,其旁邊的小信號的幅度仍然能被準確測量。

16. 什么時候能得到頻譜儀的最大靈敏度?

當然是RF衰減器設置為0dB的時候啦。如果這樣還達不到你要的測試要求的話,可以外接LNA,但是要將LNA的增益考慮進去。

17. 當相鄰很近的大小信號(比如間距100KHz)一起進入頻譜儀的時候,除了和頻譜儀的動態范圍有關,還受什么影響?

頻譜儀本質上就是一個接收機,所以和接收機的干擾信號抑制指標一樣,對大小信號中的小信號的檢測能力,還取決于本振的相噪。當年,因為干擾信號抑制指標要求比較高,所以經常和其他項目組的同事商量,共用那臺高級頻譜儀。

18. 頻譜儀中的本振的環路帶寬可調么?

頻譜儀的本振環路帶寬分三種:Wide PLL bandwidth,Medium PLL bandwidth,Narrow PLL bandwidth。

三種帶寬的相位表現形式不一樣:

PN大小(環路帶寬內):Wide BW《Medium BW《Narrow BW

PN大小(環路帶寬外):Wide BW》Medium BW》Narrow BW

這三種環路帶寬,頻譜儀會自動根據測試場景進行調節。

比如當測試范圍比較寬的時候,環路帶寬外的相噪影響比較大,所以這個時候,頻譜儀會自動選擇Narrow PLL Bandwidth.

19. 為什么頻譜儀在低頻端(9KHz)的底噪會比較差?

當輸入頻率很低的時候(比如9KHz),則LO的頻率和IF的頻率很接近。當RBW比較大時(0.5*BIF》fin)時,中頻電路對LO頻率抑制很小,本振信號也進入后面的檢波電路,在屏幕上顯示出來。該現象被稱為LO feedthrough.可以通過減小RBW,來減小LO feedthrough.頻譜儀廠家可能也會采取一些措施,來減少LO饋通。

20. 你給頻譜儀輸入一個信號,發現頻譜儀上出現一個你和原信號之間找不到任何關聯的信號,這是什么原因?

就如接收機的指標一樣,頻譜分析儀也有中頻抑制度、鏡頻抑制度、用雜散響應。所以有時候,遇到屏幕上出現不明雜散的時候,可以先排除一下儀器的原因。

21. 測量低信噪比的數字調制信號,直接讀數可以么?

測量低信噪比的數字調制信號時,使用RMS檢波器。先輸入信號,讀出數值X,即S+N;然后只測量噪聲,讀出數值Y,即N;然后列個方程,即可得到S=x-y(其中x,y為X和Y的線性值)。文獻中,采用了校準系數的方法,我算了幾個列子,列個方程和采用校準系數,結果基本一致。

22. 對于手動操作和遠程操作時,頻譜儀的完成一次測量的時間一樣么?

對于手動操作,一次測量,頻譜儀需要的時間=sweep time+data processing+display

對于遠程操作,一次測量,頻譜儀需要的時間=sweep time+data processing+display+data output via IEEE bus

所以遠程操作時,為了提高測試效率,可以將關掉屏幕顯示。

23. 如果用頻譜儀來測量相噪,你怎么確定你的相噪沒有受到頻譜儀底噪的影響呢?

先測量輸入信號的相噪,并用頻譜儀的記錄功能,記錄下相噪曲線。然后保持頻譜儀設置不變,并且不給頻譜儀輸入,測出頻譜儀的底噪。如果底噪在相噪曲線的下方,且低10dB以上,可以認為基本沒影響(文獻上說,只需要有個清晰的差別,我覺得應該是10dB以上)。否則的話,可以認為測到的相噪是不準確的。這邊所說的測試相噪還是在頻譜儀的測試頻譜界面,不是指其專門測試相噪的界面。

24. 在進行ACPR(adjacent channel power ratio)時,RBW、VBW、檢波器應該如何選擇呢?

RBW設置為信道帶寬的1%~3%, VBW》3*RBW,最好選擇RMS檢波器。并避免trace averaging.

25. 頻譜儀與功率計相比,功率測量精度較差。但是進行雜散或相鄰信道功率測量時,則選頻譜儀。那怎么能知道頻譜儀測量的誤差范圍呢?

可以計算出總測量不確定度。

Level Uncertainty Calculation for R&SFSV Signal and Spectrum Analyzer(該文獻下載:鏈接:https://pan.baidu.com/s/1xElwLn3-UcgNkQSvC9AnMQ 提取碼:fc99)介紹了一種計算總測量不確定的方法。

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審核編輯 :李倩

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原文標題:頻譜分析儀25問

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