頻譜分析儀25問

1. 頻譜儀的分辨率是怎么獲得的呢？

在頻譜儀上要區(qū)分兩個(gè)相鄰的信號，需要把RBW設(shè)置到合適的值。這個(gè)RB是通過頻譜分析儀里面的濾波器實(shí)現(xiàn)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(shù)字濾波器，F(xiàn)FT。 

2. 為什么頻譜分析儀沒有信號的相位信息呢？

FFT的結(jié)果中包含了信號的相位信息。但是在頻譜儀的測試結(jié)果中，只能看到幅度結(jié)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?yàn)?，在IF濾波器后面跟著包絡(luò)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(shí)，為什么VBW設(shè)置的再小，信號幅度也不會有變化呢？

包絡(luò)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(wěn)定。正弦信號的包絡(luò)恒定，所以經(jīng)過包絡(luò)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(chǎn)生影響。 

4. 如果掃描時(shí)間(sweep time)被設(shè)置的太小會怎么樣？

掃描時(shí)間與濾波器的瞬態(tài)響應(yīng)有關(guān)。如果掃描時(shí)間被設(shè)置的太小，中頻濾波器或視頻濾波器無法達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，從而導(dǎo)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(shí)間短而導(dǎo)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(shí)間和span聯(lián)動。四者之間，改變其中一個(gè)，剩下的三個(gè)會跟著改變。在進(jìn)行手動設(shè)置時(shí)，如果最小掃描時(shí)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(rèn)DUT的三階互調(diào)產(chǎn)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(nèi)部的混頻器和放大器產(chǎn)生。而頻譜分析儀前端的衰減器基本不產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物。頻譜分析儀自身的互調(diào)產(chǎn)物會受衰減器的設(shè)置值的影響，但是DUT的互調(diào)產(chǎn)物不會。所以如果調(diào)節(jié)混頻器的衰減值時(shí)，三階互調(diào)產(chǎn)物的值保持恒定，那就說明所測到的DUT的互調(diào)產(chǎn)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(yīng)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(yīng)于頻譜分析儀輸入處耦合電容器的介電強(qiáng)度。大小通常為50V。 

7. 使用RMS檢波器的時(shí)候，需要注意什么？

不管輸入信號的時(shí)間特性，RMS檢測器均能夠測量其實(shí)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(shí)，VBW需要至少是RBW的3倍，以避免視頻電壓平均，因?yàn)檫@會導(dǎo)致類似噪聲的信號權(quán)重不足，從而導(dǎo)致信道功率過太低。。數(shù)字調(diào)制信號類似于噪聲信號，對該種信號進(jìn)行信道功率測量時(shí)，第一選擇為RMS檢波器。選用sample檢波器，還需要費(fèi)心換算。 

8. 使用sample檢波器的時(shí)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(gè)值進(jìn)行顯示。所以如果要顯示的SPAN遠(yuǎn)大于分辨率帶寬（SPAN/ RBW>頻率軸上的像素?cái)?shù)），信號可能無法以正確顯示。在測量高斯噪聲時(shí)，使用sample檢波器時(shí)，其顯示的跡線大約在噪聲引起的IF信號包絡(luò)的平均值附近變化。該平均值比RMS值低1.05 dB。如果對數(shù)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(shí)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(jìn)行平均，以平滑顯示的跡線。用戶可以輸入要平均的掃描數(shù)。但是有時(shí)候，這種平均方法會導(dǎo)致結(jié)果與使用窄帶視頻濾波器時(shí)的結(jié)果不同。當(dāng)使用sample檢波器時(shí)，在對數(shù)電平顯示模式下，顯示的平均值比實(shí)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(shí)的平均值。對于RMS檢測器，在線性模式或?qū)?shù)電平模式下均不允許軌跡平均。 

10. 頻譜儀的marker function重要不？

現(xiàn)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(jìn)行突破該限制，以高的分辨率確定結(jié)果。 

11. 掃描時(shí)間(sweep time)和RBW、VBW之間的關(guān)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(tài)響應(yīng)限制。如果VBW大于RBW，RBW降低N倍，則所需的最小掃描時(shí)間將增加N的平方倍。如果VBW小于RBW，所需的最小掃描時(shí)間受視頻濾波器的瞬態(tài)響應(yīng)影響。將視頻帶寬減小N倍會導(dǎo)致掃描時(shí)間延長N倍。

12. 參考電平和衰減器的設(shè)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(gè)。RF衰減值和IF增益會根據(jù)參考電平自動調(diào)整。為了避免大信號輸入引起混頻器及后續(xù)電路的非線性，需要設(shè)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(shè)置。同時(shí)，為了獲得對數(shù)放大器和包絡(luò)檢波器（模擬IF濾波器）或A / D轉(zhuǎn)換器（數(shù)字IF濾波器）的總動態(tài)范圍，需要調(diào)整IF放大器的增益。 

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

頻譜儀會依據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)，對參考電平和衰減器進(jìn)行聯(lián)動設(shè)置。一般標(biāo)準(zhǔn)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(shè)置至少10 dB的RF衰減。這是因?yàn)椋@樣做，一則可以保護(hù)混頻器，二來實(shí)現(xiàn)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(diǎn)產(chǎn)生呢？

混頻器，模擬中頻處理器件(比如說對數(shù)放大器、包絡(luò)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(gè)比較大的信號(0dBm)。那我可以不借助濾波器，準(zhǔn)確地測試出30MHz信號的性能么？

如果頻譜儀具有預(yù)選濾波器(很多頻譜儀采用YIG濾波器作為預(yù)選濾波器)，則可以認(rèn)為相當(dāng)于在頻譜儀前面接了個(gè)濾波器。那自然可以準(zhǔn)確測試出30MHz信號的性能。沒有預(yù)選濾波器的情況下，即使大信號過度驅(qū)動了混頻器(該大信號不能被準(zhǔn)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(zhǔn)確測量。

 16. 什么時(shí)候能得到頻譜儀的最大靈敏度？

當(dāng)然是RF衰減器設(shè)置為0dB的時(shí)候啦。如果這樣還達(dá)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(jìn)去。

 17. 當(dāng)相鄰很近的大小信號(比如間距100KHz)一起進(jìn)入頻譜儀的時(shí)候，除了和頻譜儀的動態(tài)范圍有關(guān)，還受什么影響？

頻譜儀本質(zhì)上就是一個(gè)接收機(jī)，所以和接收機(jī)的干擾信號抑制指標(biāo)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(dāng)年，因?yàn)楦蓴_信號抑制指標(biāo)要求比較高，所以經(jīng)常和其他項(xiàng)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(huán)路帶寬可調(diào)么？

頻譜儀的本振環(huán)路帶寬分三種：Wide PLL bandwidth,Medium PLL bandwidth,Narrow PLL bandwidth。三種帶寬的相位表現(xiàn)形式不一樣：PN大?。ōh(huán)路帶寬內(nèi)）：Wide BW<Medium BW<Narrow BWPN大?。ōh(huán)路帶寬外）：Wide BW>Medium BW>Narrow BW這三種環(huán)路帶寬，頻譜儀會自動根據(jù)測試場景進(jìn)行調(diào)節(jié)。比如當(dāng)測試范圍比較寬的時(shí)候，環(huán)路帶寬外的相噪影響比較大，所以這個(gè)時(shí)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(dāng)輸入頻率很低的時(shí)候(比如9KHz)，則LO的頻率和IF的頻率很接近。當(dāng)RBW比較大時(shí)(0.5*BIF>fin)時(shí)，中頻電路對LO頻率抑制很小，本振信號也進(jìn)入后面的檢波電路，在屏幕上顯示出來。該現(xiàn)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(gè)信號，發(fā)現(xiàn)頻譜儀上出現(xiàn)一個(gè)你和原信號之間找不到任何關(guān)聯(lián)的信號，這是什么原因?

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

21. 測量低信噪比的數(shù)字調(diào)制信號，直接讀數(shù)可以么？

測量低信噪比的數(shù)字調(diào)制信號時(shí)，使用RMS檢波器。先輸入信號，讀出數(shù)值X，即S+N；然后只測量噪聲，讀出數(shù)值Y，即N；然后列個(gè)方程，即可得到S=x-y(其中x,y為X和Y的線性值)。文獻(xiàn)中，采用了校準(zhǔn)系數(shù)的方法，我算了幾個(gè)列子，列個(gè)方程和采用校準(zhǔn)系數(shù)，結(jié)果基本一致。 

22. 對于手動操作和遠(yuǎn)程操作時(shí)，頻譜儀的完成一次測量的時(shí)間一樣么？

對于手動操作，一次測量，頻譜儀需要的時(shí)間=sweep time+data processing+display對于遠(yuǎn)程操作，一次測量，頻譜儀需要的時(shí)間=sweep time+data processing+display+data output via IEEE bus所以遠(yuǎn)程操作時(shí)，為了提高測試效率，可以將關(guān)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(shè)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(rèn)為基本沒影響(文獻(xiàn)上說，只需要有個(gè)清晰的差別，我覺得應(yīng)該是10dB以上)。否則的話，可以認(rèn)為測到的相噪是不準(zhǔn)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(jìn)行ACPR(adjacent channel power ratio)時(shí)，RBW、VBW、檢波器應(yīng)該如何選擇呢？

RBW設(shè)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(jì)相比，功率測量精度較差。但是進(jìn)行雜散或相鄰信道功率測量時(shí)，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(jì)算出總測量不確定度。