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頻譜分析儀測量準確性的使用技巧
閱讀：49 發布時間：2024-12-26頻譜分析廣泛用于無線通信、電子設計、雷達系統等領域，能夠幫助工程師分析信號中的諧波、失真、相位噪聲、帶寬及其他性能指標，對于了解組件、電路和系統的頻域特性至關重要。然而，即便是功能強大的頻譜分析儀也可能無法避免操作中的錯誤，進而導致測量結果的失真，影響產品性能及可靠性。
提高頻譜分析測量準確性的使用技巧，有效規避常見的操作錯誤，有助于提高測量的準確性和可靠性。
一、技巧1
（1）選擇適當的檢波器
頻譜分析中會使用不同類型的檢波器，遵循一些通用的規則選擇合適的檢波器會使頻譜分析變得簡單易行，選擇錯誤的檢波器類型則會產生錯誤的結果，導致無法檢測到信號的真實性能。
圖 1 寬 Span 窄 RBW時，使用采樣檢波（黃色跡線）會導致丟失信號；使用峰值檢波（藍色跡線）則可以檢測到這些信號
（2）采樣檢波器
采樣檢波器為分析儀顯示的每個軌跡點提供單個采樣。每個軌跡點代表頻譜儀在頻域掃寬范圍內均勻分布的單個樣本。采樣檢波器可以有效地測量類噪聲信號。使用采樣檢波器時，分析儀的RBW必須設置為比軌跡點間隔更寬。如果太窄，測量的 CW 信號幅度可能過低甚至被遺漏。當跡線平均啟用時，頻譜分析儀將自動選擇采樣檢波器，因此檢查是否使用了正確的檢波器進行測量非常重要。
（3）峰值檢波器
峰值檢波器在測量間隔內保持MAX幅度值，并在軌跡點顯示該值。峰值檢波器可以有效測量CW信號，而測量類噪聲信號時則可能會提供錯誤的電平值，除非是“MAX保持"類的測量，此時分析儀用于讀取其MAX功率。
（4）均值檢波器
均值檢波器對兩個軌跡點的功率值進行平均處理，并以線性刻度進行顯示。均值檢波器非常適合類噪聲信號，也能有效地顯示 CW 信號的幅度。RBW 至少需要與軌跡點間隔一樣寬，因為如果太窄，則顯示的 CW 信號幅度讀數會太低。均值檢波器對軌跡點間隔內的所有采樣點執行 RMS 功率平均。這比僅使用軌跡點間隔內的一個采樣點而丟棄所有其他軌跡點的采樣檢波器更有效，且耗時更少。
（5）正態檢波器
正態檢波器是 X 系列信號分析儀的默認檢波器。正態檢波器非常適合測量類噪聲信號，它顯示奇數跡線點期間上升和下降信號的峰值，并在偶數跡線點期間顯示信號的Mini值。這樣類噪聲信號的峰峰值就能夠準確地顯示在分析儀顯示屏上。
一般來說，除非用于某些特定測量的檢波器類型，否則好使用頻譜分析儀選擇的默認檢波器。峰值檢波器用于測量 CW 信號、均值檢波器用于噪聲類信號則是不錯的選擇。
二、技巧2
使用正確的平均類型
平均有助于減少由于信號中的噪聲而引起的變化，從而使用戶能夠區分重要的頻譜分量和噪聲。大多數頻譜分析儀都提供對數視頻或功率 (RMS) 顯示平均類型的選擇。
（1）對數視頻平均
對數視頻平均將以對數標度進行。對數視頻平均會導致類噪聲信號（例如分析儀的本底噪聲）的測量值比實際水平低。對數視頻平均不會影響 CW 信號的測量和顯示，可用于測量接近頻譜分析儀本底噪聲的 CW 信號。它降低了本底噪聲并提高了儀器的信噪比 (SNR) 性能。
（2）功率平均
在大多數情況下，如果測量類噪聲信號時采用平均，通常會使用功率平均。平均可以是跡線平均或是由于將分析儀的VBW降低至小于RBW而引起的平均。當進行功率平均并且VBW降低至小于RBW時，現代分析儀（如X系列信號分析儀）將自動校正以往模擬頻譜分析儀中可能存在的響應不佳現象。將VBW減小到小于所選RBW帶寬的直接效應是掃描時間會增加。
圖 2. 黃色跡線中使用對數視頻平均法對WCDMA信號進行平均，與藍色軌跡中使用功率（RMS）平均法正確平均的相同信號相比，產生-2.5 dB的誤差
一般來說，對數視頻平均適合 CW 信號，功率 (RMS) 平均適合類噪聲信號。
三、技巧3
避免分析儀內部失真產物的影響
對于頻譜分析來說，確定所測量的是DUT失真產物而非分析儀的失真產物非常重要。
DUT的失真產物是由三階交調 (TOI)、鄰道功率 (ACP) 或諧波信號引起的。這些失真產物的相對幅度與饋入 DUT 的輸入信號的電平有關。然而頻譜分析儀在處理具有足夠功率的輸入信號時也可能產生內部失真產物。內部失真產物是頻譜分析儀混頻器電平的函數。分析儀的內部失真產物可能會與 DUT 的失真產物相加或相減，從而導致錯誤的結果。
可以通過增加內部或外部衰減來降低混頻器測試信號的電平。衰減應增加到失真產物的相對電平不再變化的程度。此時衰減器設置將確保僅是進行DUT的失真測量，而不是 DUT 和分析儀的組合。隨著衰減的增加，可以降低 RBW 以提高靈敏度。隨著 RBW 的降低，掃描時間將增加。
四、技巧4
選擇正確的混頻器電平，優化EVM測量
EVM 測量是通過使用頻譜分析儀的矢量信號分析 (VSA) 模式實現的。在此模式下，信號直接通過模數轉換器 (ADC) 下變頻。大多數情況下，分析儀會自動選擇適當的帶寬。但是，有時信號分析儀中的測量可能未經優化，混頻器電平過低或過高都會降低測量性能。
為了優化 EVM 測量，應減小輸入衰減，直到顯示 ADC 過載，然后增加衰減，直到過載情況消失。在此衰減條件下，ADC 的整個范圍都得到了有效利用。達到佳水平可能需要打開前置放大器或為低電平信號添加額外增益。這可以通過在信號分析儀中選擇全旁路路徑 (FBP) 來實現。FBP 通常在較低功率水平下會改善 EVM 結果。X 系列分析儀嵌入式應用軟件（如 5G NR、WLAN）具有一個“優化 EVM"的內置功能，它將自動選擇佳信號路徑、RF 衰減和 IF 增益，以實現佳 EVM 結果。
五、使用單次掃描，遠程控制分析儀
在遠程控制時，頻譜分析儀連續掃描模式的運行速度會比單次掃描模式慢。發送INITIATE 命令時，儀器必須中止當前掃描模式，然后再重新啟動當前請求的測量。在許多情況下，希望避免重新同步分析儀而導致較慢的測量，使用單次掃描模式并啟動任何測量以保持速度和同步。
六、技巧6
利用OPC（操作完成）標志，實現測量同步
沒有準確的同步，可能會對自動進行的信號分析測量造成影響，甚至會出現不正確的結果。使用OPC標志來指示測量或掃描已完成，可以更好的保持同步。
七、技巧7
傳輸數據時，關閉顯示并使用二進制碼以提高速度
二進制數據是 1 和 0 的組合，因此它需要較少的存儲，這意味著與 ASCII 碼相比，以這種形式傳輸時可以減少數據量，從而減少測量和取回結果的總時間。在儀器屏幕上顯示結果需要儀器 CPU 的計算能力。關閉顯示可以更快地返回遠程數據，節省更多時間。
八、技巧8
避免輸入過大功率損壞頻譜分析儀
向頻譜分析儀的輸入端饋入過多的功率或高于分析儀額定值的直流電壓可能是一個非常昂貴的錯誤。大多數頻譜分析儀的損壞電平約為1瓦或 30 dBm。當超過損壞電平的信號輸入到頻譜分析儀的輸入端口時，它會使前端電子器件過載并損壞而導致需要維修。
為避免損壞頻譜分析儀，應在輸入端口使用限幅器。這樣可以避免損壞前端電子器件而節省維修的時間和金錢。
九、總結
頻譜分析是一門復雜的科學，對于通信系統的發射機和接收機正常工作非常重要。頻譜分析儀用于識別這些系統中的噪聲和潛在的雜散響應。正確使用頻譜分析儀，有助于提高測量精度、提升分析儀的工作效率，并確保終結果的可靠性。
