頻譜分析儀關(guān)鍵性能指標(biāo)

　　頻譜分析儀作為分析儀表，其基本性能要求包含：

　　1． 頻率方面指標(biāo)：

　　測量頻率范圍：反映頻譜儀測量信號范圍能力；

　　頻率分辨率：反映頻譜儀分辨兩個頻率間隔信號的能力。

　　2． 幅方面度指標(biāo)：

　　靈敏度：頻譜儀發(fā)現(xiàn)小信號的能力；

　　內(nèi)部失真：反映頻譜儀測量大信號的能力；

　　動態(tài)范圍：頻譜儀同時分析大信號和小信號的能力。

　　3. 另外頻譜儀的性能還包含其分析精度和測量速度。

　　測量諧波失真或搜索信號要求頻率范圍從低于基波擴(kuò)展到超過多次諧波。測量交調(diào)失真則要求窄的掃頻寬度（span），以便觀察鄰近的交調(diào)失真產(chǎn)物。因此，首先是選擇有足夠頻率和掃寬范圍的頻譜分析儀。第二個要求是什么樣的頻率分辨率？測量雙音交調(diào)對分辨率提出了嚴(yán)格的要求。

　　頻譜分析儀測量頻率范圍由其本振范圍決定。通過采用本振的諧波可擴(kuò)展頻譜分析儀的分析頻率范圍，還可采用外混頻方法將其分析頻率范圍擴(kuò)展至更高（75GHz; 110GHz；325GHz等）。

　　頻率分辨率

　　這個例子反映頻譜分析儀測量分辨率對測試結(jié)果的影響，輸入的物理信號為兩個頻率間隔的信號，只有當(dāng)頻譜分析儀的分辨能力足夠高時，才會在屏幕上正確反映信號的特性。

　　很多信號測試應(yīng)用要求頻譜分析儀要具有盡量高的頻率分辨率。

　　圖6 頻率分辨率

　　頻譜分析儀的頻率分辨率與其內(nèi)部的中頻濾波器和本振性能有關(guān)。

　　其中，中頻濾波器的影響因素包含：

　　濾波器類型；帶寬；形狀因數(shù)（shape factor）。

　　本振剩余調(diào)頻（residual FM）和噪聲邊帶也是確定有用分辨率時應(yīng)考慮的因素。

　　依次分析每一項(xiàng)。首先要注意的事情之一，是在頻譜儀上理想ＣＷ信號不可能顯示為無限細(xì)的線，它本身有一定的寬度。當(dāng)調(diào)諧通過信號時，其形狀是頻譜分析儀自身分辨帶寬（IF濾波器）形狀的顯示。這樣，如果改變?yōu)V波器的帶寬，就改變了顯示響應(yīng)的寬度。技術(shù)指標(biāo)的數(shù)據(jù)表中規(guī)定3 dB帶寬，其它應(yīng)用（EMC）定義濾波器帶寬為6dB 帶寬。

　　本振性能對分辨率有影響是因?yàn)橹蓄l信號來源于輸入信號與本振信號的混頻，兩個信號中的噪聲是功率相加關(guān)系。

　　輸入信號相位噪聲性能為：10kHz offset –110dBc/Hz；

　　混頻本振相位噪聲性能為：10kHz offset –110dBc/Hz，

　　則混頻輸出中頻信號相位噪聲性能為：10kHz offset –107dBc/Hz。

　　單點(diǎn)頻信號在頻譜上測試顯示結(jié)果為中頻濾波器的頻響形狀。

　　濾波器的形狀通過其帶寬（3dB或6dB）和矩形系數(shù)得到定義。這兩個參數(shù)都會影響頻譜分析儀的頻率分辨能力。

　　圖7 中頻濾波器帶寬和形狀因素（矩形系數(shù)）定義

　　在雙音測試中，兩個信號相隔10kHz，RBW=10KHz時，儀表測試可顯示出兩個信號峰。顯然用10kHz濾波器分辨出等幅雙音信號是沒有問題的。

　　頻譜分析儀的RBW即為其分辨等幅信號的能力。

　　上面的分析得到的結(jié)論是：

　　頻譜分析儀RBW 越小，其頻率分辨率越高。

　　中頻濾波器3dB帶寬告訴我們，等幅信號彼此靠近到何種程度仍然能夠彼此分開（根據(jù)3dB下降）。一般的說，如果兩信號的間隔大于或等于所選用分辨帶寬濾波器的3dB帶寬，兩個等幅信號就可以分辨出來。在雙音測試中的兩個信號表明了這個含義。當(dāng)兩個信號間隔10 kHz時，用10 kHz的分辨帶寬容易分開它們。然而，若用較寬的分辨帶寬，兩個信號顯示為一個。

　　注解：當(dāng)兩信號出現(xiàn)在分辨帶寬之內(nèi)時，由于兩個信號相互作用，利用大約比分辨帶寬小10倍的視頻帶寬可平滑其響應(yīng)。

　　通常我們需測量不等幅信號。由于在我們的例子中兩個信號描繪出濾波器的形狀，小信號有可能被掩埋在大信號濾波器的裙邊（filter skirt）中。對于幅度相差60dB的兩個信號，其間隔至少是60dB 帶寬的一半（用近似3dB下降）。因此，形狀系數(shù)（濾波器60dB對3dB帶寬之比）是決定不等幅信號分辨率的關(guān)鍵。

　　頻率分析儀分辨不等幅信號舉例：

　　對于相隔10kHz而幅度下降50dB的失真產(chǎn)物（distortion products） 的測試。

　　如果3kHz濾波器的形狀因數(shù)是15:1，于是濾波器下降60dB的帶寬是45kHz，失真產(chǎn)物將隱藏在測試信號響應(yīng)的裙邊下。如果換接到另外一個窄帶濾波器（如1kHz濾波器），60dB帶寬15kHz，失真產(chǎn)物是容易被觀察到的（因?yàn)?0dB帶寬的一半是7.5kHz，它小于邊帶的間隔）。因此，對于本測量所需的分辨帶寬應(yīng)不大于1kHz（《=1kHz）。

　　濾波器形狀系數(shù)（shape factors）的范圍：

　　模擬濾波器：15:1或11:1

　　數(shù)字濾波器：5:1

　　以上分析的結(jié)論：

　　頻譜分析儀矩形系數(shù)越小，其對不等幅信號的頻率分辨率越高。