频谱分析仪学习

yujiang820a

  频谱分析仪
1.    频谱仪是什么？
1.    1 定义
一切信号,不管它是编码型的、发射型的或是其它什么类型的；不管是周期重复的、瞬态的还是随机的，其基本参数之一就是频谱特性。用于频域内分析这些信号参数的仪器叫做频谱仪。或者说频谱仪是把信号的能量作频率的函数显示出来的测量仪器。它实质上是一台被校准于正弦波有效值的峰值响应的选频电平表。
1.2  分类
按照工作原理分，频谱有两种基本的类型：实时频谱仪和扫频调谐式频谱仪。实时频谱仪包括多通道滤波器（并联型）频谱仪和FFT频谱仪。扫频调谐式频谱仪包括扫描射频调谐型频谱仪和超外差式频谱仪。
1.2.    1实时频谱仪
实时频谱仪能同时显示其现实频率内的所有频率分量，而且保留了相位信息，不仅能分析周期信号、随机信号，而且能分析瞬时信号，显示相位关系。
a. 多通道频谱仪：信号同时送到每一个滤波器，滤波器的输出表示输入信号中进该滤波器通带内的那部分能量，显示出是各滤波器通带内的信号的合成信号。
优点：速度快，可构成实时测量系统。
  缺点：由于受滤波器数量及带宽限制，这类频谱仪主要工作在音频范围。
b. FFT分析仪：

输入                                                                                                                                                                                                                

              fs
                                                                              图1   FFT频谱仪简化框图

FFT频谱仪的核心：就是以函数进行付立叶变换的数学计算为基础的计算机分析。能完成多通道滤波器式频谱仪相同的功能。一般工作在DC~100kHz的低频段。
       优点：可测非周期信号，保留相位信息。
       缺点：相对来说频率范围小、灵敏度低、动态范围小
1.2.2  扫描调谐式频谱仪
这类频谱仪对输入信号按时间顺序进行调谐，因此只能分析在规定的时间内频谱几乎不变化的周期重复信号。
扫描射频调谐型频谱仪： 利用中心频率可电调的带通滤波器来调谐和分辨输入信号。这类频谱仪价格便宜，但分辨率、灵敏度都较差。
超外差式频谱仪： 应用最广泛的是超外差式频谱仪，它是按外差方法选择所需频率分量，这种方法固定中频，只改变本振频率，这类频谱仪频率分辨率、灵敏度和测量频率范围都比较好。（工作原理类似于AM收音机）
                                                                
                                                                                                                           
                                                                                        
                                                                                     
                                                                                        
                                                                                                                                                                         
图2  扫描射频调谐频谱仪原理框图
2.    为什么要进行频域测量？
描述信号最直接的途径是采用时域表征方式（如示波器）。描述信号另一个途径是利用频域表征方式，付式理论将时域和频域表征联系起来，适当利用付式级数，付式变换和离散付式变换（DFT）能将时域函数X（t）变换成频域函数X（f）。
2.1  为什么要采用频域测量技术呢？
频域测量仪器相对于时域测量仪器有一些优点：
a. 较之时域测量具有更高的灵敏度。由于窄带频域测量带宽几乎可以被任意压缩，故能大大减少测量中的噪声。窄带测量还能除去某些频率上的强干扰信号。例如在测量正弦波谐波失真（示波器不限百分之几，而频谱仪往往允许到0.01％）；
b. 某些系统原本就与频域有关，如：电信系统中所用的频分复用系统（FDM）；
c. 多重信号在频域中更容易分离。利用频谱仪能区分这些频率成分并精确加以测量，而用示波器则难以做到。如图3所示在频域中信号的频率成分可很清楚的辨别出 。

图3  时域与频域的关系
3.  超外差式频谱分析仪
3.1  简介

图4 超外差式频谱仪原理简图
  注：“超”-------超音频，“外差”--------混频
在讨论这些单元怎样一起工作前，先来了解一下每一个部分
a. RF输入衰减器： 是一步进衰减器，位于输入信号和第一个混频器之间，用于调节到达第一个混频器的信号电平大小，以防止由于电平过高或宽带信号引起混频器增益压缩或失真。
b. 混频器：三端口器件，把信号从一个频率变换成另一个频率。输入信号有两个，分别是输入信号fsig和本振信号fLO。由于混频器是非线性器件，它的输出是这两个频率的和或差。我们感兴趣是这两个频率的差，即中频信号fIF，如图5所示。
           混频器调谐公式：   fsig = fLO - fIF

图5  fLO= fIF +fsig
c. 本振（LO）: 是一压控振荡器（VCO）,扫描发生器调谐LO以使它的频率与斜波电压成比例。并且扫描发生器同步视频信号的采样，以便根据输入信号的频率校准显示器的水平（频率）轴。
d. 低通滤波器： 防止高频信号进入混频器，同时也抑制中频频率的信号进入混频器，以免产生假响应。
  比如：fIF =3.6GHz, fLO=3.6GHz~6.5HGz, fsig=0~2.9GHz
        如果输入端同时有1GHz,8.2GHz信号，
        对于1GHz   fLO= fIF +fsig=4.6GHz
        对于8.2GHz  fLO= fIF -fsig=4.6GHz
e. IF GAIN( 中频增益)
用于调节IF信号进IF滤波器的幅度大小，包括中频放大器和衰减器，通过改变中频增益而改变参考电平。现在的频谱仪一般都是中频增益和RF输入衰减器保持联动，以使在改变RF输入衰减器时，参考电平保持不变。
f. IF滤波器
是一带通滤波器,可看成是一个探测信号的窗口,它的带宽也叫作频谱仪的分辨率带宽(RBW)，通常中频带宽越小越好，因为RBW减小，分辨信号的能力就越强，同时提高了信噪比（SNR），但同时扫描时间也会增加，所以选择RBW要根据实际情况确定。

图6  IF滤波器大小对分辨信号的影响
现代频谱仪的窄分辨带宽受数字滤波器实现的（即通过数字信号处理来实现滤波功能），如8562E 100Hz以下的分辨率就是采用的数字滤波器。


图7 数字中频级
为什么采用数字滤波器? 因为模拟滤波器存在频率漂移,做到到极窄带宽比较困难（<1Hz），而且采用数字滤波器可大大提高响应速度。
g. 检波器
中频滤波器后面是包络检波器，经过包络检波器和中频信号变为视频信号，通常检波器前或后有一个对数放大器，把信号电平变为对数刻度方式，大大减小显示检波器检测的信号电平的变化和提高显示的动态范围。

图8  最简单的包络检波器
在HP频谱仪的菜单中有“检波器模式”的选择，应注意这里所说的检波器不是包络检波器。现代频谱仪的检波器的输出还要经过采样并经过ADC数字化，ADC的数字输出被作为信号幅度显示在Y轴上。由于受存储器大小和显示器分辨率等因素的制约，通常频谱仪显示器上的显示点数为400，600（856xe），800，1000点，所以视频信号在显示前还要经过检波，这里的检波与上面所说的包络检波无关，也叫作“显示检波器”，通常称为频谱仪的“检波器模式”，不应与包络检波器相混。图9可看出显示检波器通常在视频滤波器后面。
图9  显示检波器
在Agilent频谱仪中，有以下几种检波器模式：正峰值检波、负峰值检波、采样检波方式和Rosefell方式。见图10所示。


图10 Agilent频谱仪的检波器模式

通常正峰值检波适合于信号（正弦波），采样方适合于噪声。856xe系列频谱仪缺省的方式是Rosefell方式，它可以理解为一种智能的方式，它根据输入信号动态地改变检波方式。比如当在一个采样仓内即上升又下降，它认为此是噪声，便交替采用正、负峰值检波；当在一个采样仓内持续上升，它认为此是此是信号，便采用正峰值检波。
h. 视频滤波器（VBW）
  是一低通滤波器，位于包络检波器之后，ADC之前，视频滤波器决定了视频放大器的带宽，它的作用是用来平均或平滑现实的轨迹。
频谱仪显示的是信号加噪声，信号越靠近噪声电平，就有越多的噪声使信号难以读出。通过减小视频滤波器的大小，可以减小噪声的峰峰值变化从而使信号易于读出。见图11和图12。
       
图11 频谱仪显示的是信号加噪声            图12 经平滑以后的显示

现在的数字化频谱仪还提供另外一种平滑显示的方法：视频平均。856xe系列频谱仪就有此方法，它通过内部微处理器的计算实现平滑。公式如下：

该选择何种平滑方式？
多数情况下，这两种方式得到的结果是相同的。比如要测的是噪声或是靠近噪声的低电平信号正弦波，两种方法得到的结果是相同的。但两者还是有区别的，视频滤波是一种实时的方法，是在扫描过程中同步完成的。而视频平均则需要多次扫描过程完成平均过程。因此在观察一个频谱随时间改变的信号时，两者得到的结果是不一样的。比如在测量FM广播信号时。  
以上各部分是怎样一起工作的？
   如图13所示，信号从分析仪的输入端输入，经过衰减器、低通滤波器后与本振混频变成中频信号，中频信号经过IF滤波器后，然后被检波，检波器的输出电压驱动CRT的垂直偏转系统。扫描发生器在显示水平轴和本振的调谐之间提供同步。以上所诉省略了一些部分，但他们同样是重要的。

图13 频谱仪的工作过程

3.2  上述所讲与实际频谱仪的一些区别。
3.2.1  多次混频
实际的频谱仪常常用到2～4混频，是IF下降到最终一个合适的频率比如Agilent71100最终的IF是3MHz。如图14所示。

图14  一般频谱仪要经过2～4混频
则完整的调谐公式为：fsig = fLO1 – (fLO2＋fLO3 ＋fLO4＋ffinalIF)
3.2.2  扩展频率范围问题
  上面所讲的仅涉及单波段、低频段（对于Agilent频谱仪一般是0～2.9GHz），为了扩展频段，最常用的方法是使用谐波混频（即利用本振的谐波与输入信号混频），由于要扩展频段，首先要去掉低通滤波器，其次降低中频（对于Agilent，典型的中频321.4MHz），见图15。
   
图15  典型的带预选器的频谱仪前端结构
为什么降低IF？因为：首先降低IF自然提高了频率范围；
其次，中频不应当在所测信号频率范围内。
混频器调谐公式变为： fsig= nfLO –fIF                    n---LO的谐波次数
例如8560e系列频谱仪的频率范围与谐波次数如下：
谐波次数    频率范围
1    9kHz~2.9GHz
1    2.75GHz~6.46GHz
2    5.7GHz~13.2GHz
4    12.4GHz~31.15GHz
8    31GHz~50GHz
根据公式可画出调谐曲线，如图16。由调谐曲线图可以看出，由于采用谐波混频，产生了镜像和多重响应的问题。镜像是指不同频率的信号在显示的同一点上产生了响应；多重响应是指单一输入正弦波（信号）在显示器产生了多个响应。
  
图16 调谐曲线n=1～4,高频段,低中频            图17  镜像信号的识别

由于产生了上述问题，必须采取办法识别信号响应的真假，识别信号响应的方法有多种，下面举例简单介绍一下镜像识别方法：
假如有4.7GHz的信号（见图17），此时本振为5GHz，但不知此信号是4.7GHz或5.3GHz，这时可降低本振频率2IF，即此时LO频率4.3GHz，如再显示屏上有响应则说明此信号是4.7GHz。
   在Agilent公司的频谱仪中，识别是自动的，但也可以手动执行。之所以提供手动识别，是因为有时噪声和调制信号会扰乱自动过程。
幅度校准问题：
由于采用了谐波混频，并且混频器的转换损失随着谐波次数增大而上升，导致相同幅度的信号显示不同的电平，所以要通过改变IF增益补偿谐波混频的转换损失。中频增益增加引起噪声底的上升，所以频谱仪在不同频段的灵敏度是不一样的。有些频谱仪也采用宽带基波混频，从而使得频谱仪在整个频率范围的灵敏度基本一样的，即噪声底是相同的。
预选器
由于用频谱仪测量往往不知道有什么样的信号和有多少信号，如果都通过信号识别技术来测量，将耗费大量的时间，因此还需要预滤波器预选信号。通过预选器，让只有被分析仪需要接收的信号到达混频器，从而有效排除所有镜像和多重响应，也就是说预选器是一个可跟踪本振频率和混频模式调谐的带通滤波器，一般在2GHz以上使用，见图18（因为大多数预选器使用了YIG技术，YIG滤波器在低频段不能很好的工作），预选器的隔离度大约为70～80dB，并不是完全排除无用信号。所以在频谱仪上看到的小信号极有可能是某些高电平信号在此处的镜像或多重响应。（识别技术还是有用的）。

图18  预选器阻止了不必要的信号进入频谱仪
4．面板介绍
此部分介绍一下856xe频谱仪的面板及其操作。
4.1  856xe的前面板控制由下列部分组成（见图19）：
功能部分
1)    频率［FREQUENCY］，扫宽［SPAN］和幅度［AMPLITUDE］以及他们的软键菜单用来设置频谱仪的三个基本功能。
  2）仪器状态［INSTRUMENT STATE］功能一般影响整个频谱仪的工作状态，不是单一的功能。

图19  8560e系列前面板一览

  3）标记［MARKER］功能沿着频谱仪的轨迹读出频率和幅度，并提供信号分析的能力。
  4）控制［CONTROL］功能用来调整频谱仪的带宽，扫描时间和显示。
  5）数据［DATA］键用来改变激活功能的数值。
  6）前面板还包括作为测量信号输入和存取频谱仪内部信号的输入和输出端口。                                                                                                                                                                                              
4.2  基本键部分
  频谱仪有三种基本功能。通过设置中心频率、频率扫宽或者起始和终止频率，操作者可以控制信号在屏幕上的水平位置。信号的垂直位置由参考电平控制。一旦按下某个键，则其功能就变成激活的功能。与这些功能有关的量值可通过数据输入控制进行改变。
基本键：
频率键［FREQUENCY Key］
按下频率（FREQUENCY）键，在屏幕左侧的激活功能框中显示CENTER，表示中心频率功能为激活功能。CENTER FREQ软键标记发亮，表示中心频率功能有效。若频谱仪在起始频率或终止频率方式，则起始频率软键为激活功能。
出现在激活功能框中功能的量值能用旋钮、步进键或数字键来改变。
扫宽键［SPAN KEY］
当按下扫宽［SPAN］键，SPAN出现在激活功能框中，表明扫宽设置为当前激活功能。
幅度键［AMPLITUDE KEY］
当按下幅度键［AMPLITUDE］，在屏幕左侧的激活功能框中显示REFLEVEL，表示参考电平设置为当前激活功能。

频率软键菜单［FREQUENCY SOFTKEY Menu］
按下频率［FREQUENCY］硬键，屏幕右侧就会出现频率软键菜单。频率软键菜单菜单可能不只一页，这需视频谱仪固件版本号而定。
按［CENTER FREQ］、［START FREQ］或［STOP FREQ］软键，会改变激活功能区内的注释信息，中心频率／扫宽方式可以用来指定频谱仪显示区正中心的频率以及频谱仪扫描的整个频率宽度。起始频率或终止频率可以用来指定频谱仪扫频的起始频率和终止频率，针对不同的测试要求，这两种方式可以方便的对频谱仪进行设置。

扫宽软键菜单
按［SPAN］硬键就调用扫宽［SPAN］软键菜单。
［FULL SPAN］将频谱仪置于最宽的频率范围。
［ZERO SPAN］将频谱仪设置为在指定的中心频率上的固定调谐接收机。频谱仪将调谐至中心频率并停止扫频。频谱仪不断更新显示的中心频率。接收机由频谱仪的分辨带宽来设置接收机的带宽。

幅度软键菜单
按［AMPLITUDE］硬键将弹出幅度软键菜单
幅度软键菜单有三级，可用［MORE］键来调用。这是因为与幅度有关的功能数目大于可使用的软键数。
［REF LVL］用来设置屏幕顶线的参考电平。测量单位可通过幅度单位［AMPTD UNITS］树来选择。以伏为单位的测量结果都假定测量系统是50Ω。
［ATTEN］用来控制输入步进衰减器。此衰减器位于信号输入和第一混频器之间。在预置状态，衰减器置于10dB。用数据存入键可将衰减器的值按10dB步进改变。仅用旋钮或步进键，不能将衰减器减至10dB以下。这是为了保护分析仪的输入。输入0dB将强制的将输入衰减器置于最小值。
［LOG dB／DIV］用来设置显示的垂直分辨率。
［LINEAR］将中频对数放大变换为真正的线性放大，显示的垂直单位变为dBµV。

4.3 仪器状态［INSTRUMENT STATE］键
预置［PRESET］
［PRESET］键将频谱仪置于已知的预定状态。预置不影响频谱仪的HP－IB地址，所有数据和轨迹寄存器的内容，贮存的预选器的数据或所有被锁定的状态和轨迹存器。
预置也可以调用最后状态［LAST STATE］软键。
设置［CONFIG］
［CONFIG］菜单调用将CRT上显示的信息复制到外部的具有HP－IB的打印机或绘图仪上的菜单。在此菜单中，可改变频谱仪的地址，并且能将外混频器设置为预选或非预选。
校准［CAL］
校准键显示与校准和故障诊断程序有关的所有菜单。
辅助控制［AUX CTRL］
       ［AUX CTRL］键调用控制辅助功能的软键。例如，跟踪源和AM或FM解调器。［AUX CTRL］也调用内部混频器［INTERNAL MIXER］，外部混频器［EXTERNAL MIXER］和后面板［REAR PANEL］软键。

复制［COPY］
［COPY］键将显示的数据传输到由COPY DEV PRNT PLT选择的HP－IB外围设备（打印机或绘图仪上）
［COPY］可将频谱仪的全部显示进行黑白或彩色打印或绘图。

模件［MODULE］
［MODULE］键调用选购模件的附加功能，如HP85629B测试和调整模件，或HP85620A大容量贮存模件，此模件连接到频谱仪的后面板。

保存［SAVE］
［SAVE］键调用保存仪器状态数据和轨迹数据的软键菜单。

调用［RECALL］
［RECALL］键调用贮存的仪器状态数据和轨迹数据。

测量／用户［MEAS/USER］
［MEAS/USER］键调用实现自动测量和用户定义的功能的软键功能：快速傅里叶变换（FFT），占用的功率带宽，载波功率，信道功率，3dB或6dB的带宽宽和邻道功率（ACP）测量。

单次扫描［SGLSWP］
［SGLSWP］键选择单次扫描方式，以及若频谱仪是处于连续扫描方式时触发一次扫描。若频谱仪是处于单次扫描方式，按［SGLSWP］键触发另一次扫描。

使用标记软键
标记［MARK］键
［MARK］调用软键菜单：MARKER NORMAL，。。。

MKR→
［MARK→］键调用四个不同的标记功能菜单。

频率计数［FREQ COUNT］
   ［FREQ COUNT］键激活频率计数器并将结果显示在屏幕的右上角。它将代替在此区域内的任何当前标记的读数。
5. 频谱仪的重要指标
理解频谱仪的指标对于正确使用频谱仪是很重要的，衡量频谱仪性能的主要指标有：
    频率范围
    准确度：频率和幅度
    分辨力
    灵敏度
    失真
    动态范围
5.1    频率范围
频率范围指标是最基本且也是重要的，须注意的选择频谱仪时频率范围不仅要覆盖信号的频率范围，还要考虑到谐波的测量，如无线通信系统有时需测量信号的十次谐波。
  　　8560e系列　　　　30Hz~50GHz
     e4440a系列       3Hz~50GHz
5.2    频率准确度和幅度准确度
5.2.1    频率准确度
频谱仪的频率准确度通常以频率读出准确度的指标给出，它和以下因素有关：频率参考、扫宽、RBW和剩余误差（剩余调频和边带噪声的影响等）。
对于单标记，即绝对测量时，8560e系列指标是：
  ±( freq. readout x freq. ref. accuracy
+  a% of frequency span
       +  15% of resolution bandwidth
       +  10 Hz "residual error")
                          a=1       Span ＜2MHz*N
                          a=5       Span ≥2MHz*N
例子：当频谱仪设置是2 GHz，400 kHz span，3 kHz RBW时
freq ref accuracy = 1.0 x 10-7 (aging) + 0.1 x 10-7 (temp stability) + 0.1 x 10-7 (setability) + 0.1 x 10-7 (15 warm-up) = 1.3 x 10-7/yr. ref error
因此, 测量的频率准确度是:
   (2 x 109 Hz) x (1.3 x 10-7/yr)   =   260 Hz
   1% of 400 kHz span             =   4000 Hz
   15% of 3 kHz RBW             =    450 Hz
   10 Hz residual error             =     10 Hz
                              ________
       Total                   =  4720 Hz
5.2.2幅度准确度
幅度测量分为绝对测量和相对测量。绝对幅度使信号的功率或电压的电平。相对幅度是两个电平间的差值。大多数频谱仪应用采用相对测量。下表列出了了典型频谱仪的幅度不确定度因素。
Relative                                   ±dB
Frequency response (flatness)               0.5 to 4
Band switching                            0.5 to 1
Scale fidelity                               0.5 to 2
Reference level (IF gain)                    0.1 to 1
Input attenuator switching                   0.5 to 2
Resolution bandwidth switching              0.1 to 1
Display scale switching                      0.0 to 1
Absolute
Frequency response                        0.5 to 4
Calibrator                                  0.2 to 1
5.2.2.1 相对幅度准确度
与相对幅度不确定度有关的因素：
    频率响应（平坦度）
     频率响应不确定度或平坦度表示在指定频率范围内的一个不确定度窗口。
频谱仪的频率响应是不确定度的最大贡献者，它与输入衰减器频响、混频器的变频损耗及预选器平坦度等有关。
这里的频率响应指的是相对频响不确定度，它描述了在给定的频率范围内，频带内的所有幅度相应相对于某值的最大值。

    波段转换
每个本振谐波在分析仪的总频率范围内提供不同的谐波波段 。当在不同的谐波波段测量信号时，如果分析仪从一波段转换到另一个，将产生附加的不确定。8560e系列的指标是<1.0 dB
    刻度逼真度
当在显示栅格中显示一个信号在一个垂直位置与另一个信号在另一垂直位置的相对关系时，将出现刻度逼真度的不确定度。刻度逼真度不确定取决于检波器线性度、数字化电路的线性度及对数／线性与垂直放大器的将不同信号电压转换为显示器显示上的相应的相对功率（对数）或电压（线性）电平的能力。
0 to 90 dB range
RES BW 300 Hz    <0.1 dB/dB from the reference level to a maximum of 0.85 dB
RES BW 100 Hz    <0.2 dB/2 dB from the reference level to a maximum of 0.85 dB

    参考电平（中频增益）
由刻度顶部线代表的幅度为参考电平，它是输入衰减和IF增益的函数。参考电平控制决定了IF增益，在特定参考电平置位下IF增益大小的不确定度将影响参考电平幅度的精度。任何参考电平控制的变化都导致不确定度。8562e的指标：0 dBm to 80 dBm reference levels with 10 dB input attenuation   <1.0 dB

    输入衰减器转换
输入衰减器有其固有的不确定度，而改变在参考电平校准和测量之间衰减器设置时，才会降低参考电平的精度。由于输入衰减器工作在分析仪的全频段，它的步进精度是频率的函数。在较低频率时，精度很好。8562e的指标：
20 to 70 dB settings, referenced to 10 dB inputattenuation
30 Hz to 2.9 GHz      <0.6 dB/10 dB step, 1.8 dB max.
2.9 GHz to 13.2 GHz   <1.5 dB/10 dB step, 3.0 dB max.

    分辨力带宽转换
不同的分辨带宽（RBW）设置有不同的插入损耗特性，在不同设置下测量同一信号时，可能导致幅度的变化。在幅度测量过程中改变带宽设置降低精度。8562e的指标： Referenced to 300 kHz resolution bandwidth at the reference level  <0.5 dB

    显示刻度转换
改变每格刻度因子—例如，从10dB／格到1dB／格或改变到线性刻度—将引入与对数／线性放大器的相对校准特性相关的不确定度。通过不改变刻度来避免增加这一不确定度。对于那些将示迹存入存储器，然后由存储器显示数据的频谱仪来说，不存在这项不确定度。如8560e系列。
    阻抗失配
频谱仪是在50Ω负载（视具体仪器）上进行测量，但它的输入阻抗并不确切等于特性阻抗，因而可能产生不确定度。在某些情况下，由于失配所造成的不确定度很小，例如，若分析仪的输入VSWR为1.3，而源的VSWR为1.2，则因失配造成的最大不确定度是0.1 dB。
5.2.2.2 绝对幅度不确定度因素
    频率响应
绝对频率响应不确定度描述了在给定的频率范围内相对于某幅度参考信号的最大可能的幅度不确定度（例如，HPESA系列分析仪的50MHz幅度参考或HP8560系列分析仪的300MHz参考）
    校准器
绝对测量是相对于一具有已知幅度的校准信号所进行的测量。大多数频谱仪都有内置的校准器（在HPESA系列分析仪中为“幅度参考”），它提供在一个频率上具有规定幅度的信号。校准器为刻度的顶部线提供绝对校准。8562e的指标：10 dBm, 300 MHz   <0.3 dB
不确定度计算例子：
Relative measurement (delta marker) across two or more bands.
If comparing signals in different bands (between-band measurements), add
the frequency response uncertainties of each band (see Figure 7). If the
band-switching uncertainty is specified, add it to the frequency response.
If band-switching uncertainty is not specified, use the absolute frequency
response (relative to the calibrator) instead of the relative frequency response
uncertainty for each band.
The relevant specifications for three different analyzers are given in Table 4.
TABLE 4. Accuracy specifications for between-band relative measurements
TABLE 4. Accuracy specifications for between-band relative measurements
HP 8593E HP 8563E HP E4407B
Factor Specification (±dB) Specification (±dB) Specification (±dB)
Band switching No specification 1.0 None
Frequency response 1.5 to 5.0 (absolute) 1.0 to 3.3 (relative) 0.51 to 3.02 (absolute)
Scale fidelity 1.1 max 0.85 max 1.15 max
(over 70 dB range) (over 90 dB range) (over 85 dB range; RBW1 kHz)
1.28 max
(over 98 dB range, RBW300 Hz)

Let’s look at an example of measuring a second harmonic with two different
instruments. The fundamental is at 10 GHz and the level of the second
harmonic is –85 dBc. Using the HP 8563E specifications for the calculation:
Frequency response at 10 GHz = ±2.2 dB
Frequency response at 20 GHz = ±2.5 dB
Band-switching uncertainty = ±1.0 dB
Scale fidelity = ±0.85 dB
Total uncertainty = ±6.55 dB

误差问题
以上讨论了不确定度，误差同不确定度使不同的，测量中的误差可以修正。下面来看一下测量幅度时的误差。
频谱仪上显示的任一点的幅度是在中频带宽内所有能量的总和。因此，显示的信号幅度实际上是信号电平加噪声电平。由于附加了噪声，显示的信号大于其真实值。视信噪比的不同，此误差也会不同，并且可以修正。对于接近所显示DNAL的信号，此误差可能较大。但是一般对数刻度下，对于噪声以上5dB的信号其测量误差可以忽略。见下图19.2

图19.2 在对数刻度上测出连续波信号由于噪声信号的影响产生的误差
怎样提高频谱仪的幅度测量精度？
    使变化最少
  在采集任何数据之前，对测量过程加以审视，检查一下是否有什么控制可以不改变。如果对该测量可能使用单一的输入衰减器设置、分辨带宽和显示刻度的话，则与这些控制相关的不确定度可以忽略。为得到最好的精度，应在各种控制处于测量时相同状况的条件下校准分析仪。
    用IF增益代替刻度逼真度
   如果参考电平（IF增益）不确定度小于刻度保真度，可利用参考电平控制使两个信号在相同垂直位置上进行测量，从而消除刻度保真度的影响，使相对测量不确定度最小。
    自校准
  许多当代的频谱仪都有自校准例程，这些例程产生各种误差系数，分析仪利用它们修正测量到的数据。说明书中的指标已假定完成了自校准。
    特征化
  对分析仪的特征进行测量可以降低频率响应和校准器的不确定度。就是利用更精确的外部校准信号代替频谱仪内置的校准器来校准参考电平（刻度的顶部线）。
    幅度修正（Ampcor）
  某些频谱仪(8560e系列)具有内置的幅度修正例程（Ampcor），该例程将逐点的频率响应数据存入一个表中，并自动将其用于被测数据，以便产生经修正的显示信息。利用带有Ampcor的频谱仪、信号源和功率计，还可以修正输入由于被测器件和分析仪之间的电缆和适配器所造成的误差。Ampcor利用输入的频率/幅度数据对构成的修正曲线来补偿输入信号中的变化，所得到的信号示迹代表了在被测器件输出端的实际信号幅度。
    提高灵敏度
  如前所述，显示的信号幅度示所出现的信号和噪声之和。对于接近频谱仪本底噪声的信号（5dB以内），显示的幅度和真实幅度之间的误差是显著的。
   因此，在测量低电平信号时，分析仪的噪声电平应尽可能低。所以此时应尽量降低RBW。
    前置放大
   由于有限的IF增益，不能将小信号提升到对数显示的参考电平。因此测量这些信号时，刻度保真度不确定都是一个因数。某些频谱仪具有内置的前置放大器，它可以提升信号的电平。但要注意的是，前置放大器的增益平坦度和失配可能使总平坦度变坏，故前置放大器的增益不确定度将进一步影响总的测量不确定度，这些附加的不确定度有可能比刻度保真度的不确定度还要大。
    减小失配
  将一匹配良好的衰减器接到频谱仪的输入端可降低失配不确定度。此外频谱仪在输入衰减置于0dB时，其匹配情况最差，故应尽可能避免0dB的设置。
5.3    分辨力
当试图区分并测量两个彼此靠近的两个信号时，分辨力是一个重要的指标。影响分辨力的因素有：RBW，RBW类型和选择性，剩余调频和相位噪声。见图20。
 
图20 影响频谱仪分辨力的因素         图21 3dB 带宽

a.    分辨力带宽（RBW）
  信号显示在频谱仪上不可能是一根无穷窄的谱线，而是有一定宽度和形状的。这个形状其实就是频谱仪的中频滤波器的形状，对于Agilent频谱仪RBW指的是3dB带宽，因此对等幅信号，通常只要他们的相邻频率大于所选IF滤波器的3dB带宽，就可以分辨它们。见图21。
b.    IF滤波器的形状因素（选择性）
什么是形状因素（选择性）？（见图22）
形状因素＝60dB BW/3db BW
通常    模拟滤波器    11：1～15：1
       数字滤波器    5：1
   通常我们用频谱仪测量的是不等幅信号，这样小信号又可能被淹没在大信号的群边中（图23）。对于幅度相差60dB的两个信号，其间隔至少应是60dB带宽的一半，才能分辨出信号。因此，形状因数是分辨不等幅信号的关键。
对于一个给定的频率间隔，可用下面的公式算出滤波器裙边的下降值：
–3 dB – [(Offset – BW3dB/2)/(BW60dB/2 – BW3dB/2)]*Diff60,3dB
           Offset = frequency separation of two signals,
BW3dB = 3-dB bandwidth,
   BW60dB = 60-dB bandwidth, and
                   Diff60,3dB = difference between 60 and 3 dB (57 dB).
          
图22 IF滤波器的形状因素               图23 低电平信号被淹没在大信号相应的裙边之中

c.    剩余调频
  影响频谱仪分辨率的另一个因素频谱仪的本振频率稳定度（即LO的剩余调频），这种不稳定度将被转移到任何混频产物中去，并将无法确定是由LO还是输入信号引起的。剩余调频是显示的信号模糊不清（图24），以至于在规定的剩余调频至内的两个信号不能被分辨；所以，频谱仪的剩余调频决定了可允许的最小分分辨率。锁相本振作为参考源可降低剩余调频，也降低了最小可允许的分辨带宽，高性能的频谱仪价格较贵，因为它有较好的相位锁定系统，具有较低的剩余调频和较小的最小分辨率。
             
图24剩余FM使信号模糊                图25 噪声边带掩盖小信号

d.    相位噪声
相位噪声也称作边带噪声，它是由LO的不稳定引起的，因为在某种程度上所有振荡器都存在随机噪声的相位调制，在频域上就表现为信号附近的边带噪声，这种边带噪声可能掩盖近端的低电平信号。见图25。

分辨率带宽对扫描时间的影响：
  较窄的RBW所需要的扫描时较长，因为当扫描数度太快时，频谱仪的分辨率带宽滤波器不能充分响应，将引起幅度先是下降和指示频率的漂移，见图26。
为了保持正确的读数状态，扫描时间应遵循下面的公式；
扫描时间≥ k*SPAN/RBW2           VBW≥RBW
扫描时间≥ k*SPAN/RBW*VBW         VBW<RBW

这里对于同步调谐模拟滤波器       k≥2.5
       数字滤波器               k<1
       平顶滤波器               20≥k≥10

图26 扫描时间太快
频谱仪通常具有自动联锁（AUTO Coupled）功能，可根据所选的SPAN，RBW和VBW自动确定可允许的最扫描时间。如果手动选取的扫描时间太快，显示器上会有提示。
5.4 灵敏度／显示平均噪声电平（DANL）
  频谱仪的主要用途之一是搜索和测量低电平信号。这时分析仪的灵敏度就决定了可以测量的最小信号，定义为在一定的分辨率带宽下显示的平均噪声电平。对于接收机而言，DANL的理论下限为:kTB=-174dBm/Hz,（k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，B为带宽。）但实际上，由于内部噪声的影响，接收机的DANL都高于此值。在1GHz处，8560e系列的DANL是-151dBm，俄e4440a为-155dBm
哪些因素影响频谱仪的灵敏度？
  输入衰减器的影响
在频谱仪的混频器前产生的噪声很小,所以射频输入衰减器对噪声电平实际上没什么影响,但是输入衰减器衰减输入信号,从而降低了信噪比.所以要想得到最好的信噪比,输入衰减器的设置需最小.
但在实际中增加输入衰减时,显示器上的信号位置并没有下降,并且噪声底上升了，因为输入衰减与中频增益联动,在输入衰减增加的同时中频增益也增加了.如图27
  RBW的影响
在频谱仪中到达检波器的噪声与RBW的设置有关，显示噪声电平与RBW的关系如下：
  noise level change (dB) =  10 log(RBWnew)/(RBWold)
如RBW从100kHz变到10kHz,噪声电平的改变是：
noise level change = 10 log (10 kHz/100 kHz)  = -10dB
VBW的影响
实际上VBW并不影响频率分辨率，所以实际上它并不改善灵敏度，但它使靠近噪声的信号容易识别，因为频谱仪中等于显示平均噪声电平的信号将以高出噪声示迹约2.2dB显示(因为噪声轨迹低于实际噪声值约2.2dB)，但如果不用视频滤波器平均噪声，将不能看到这一信号，所以使用VBW也就相当于提高了灵敏度。


  
图27 输入衰减增大信噪比下降       图28 VBW平滑噪声
综上所述，最好的灵敏度的条件是：
1.   narrowest RBW  (decreases noise)
2.   minimum RF Input Attenuation (increases signal)
3.   using sufficient Video Filtering (to be able to see and read the small signal)    (VBW less than or equal to 0.1 to 0.01 RBW)
5.5 失真
经常需利用频谱仪测量三阶交调和谐波失真，但有时频谱仪的内部失真会影响测量。混频器是非线性器件，他们会产生内部失真。在测量外部信号的失真时，这种内部失真会引起测量误差。
任何非线性器件的失真特性，不管它是由频谱仪混频器产生的内部失真还是被测器件产的失真二阶失真随基波上升曾平方关系增加，而三阶失真随基波呈三次方增加。见图29。

图29 失真产物与基波功率的关系
知道了失真特性，刻画出频谱以内部产生的失真电平与第一混频器的信号功率关系，图30。

  图30
怎样判断失真使内部还是外部的？

5.6 动态范围
什么是动态范围？
一般所说的动态范围是频谱仪可测量的输入端上同时存在的最大信号和最小信号之比。
动态范围决定了当存在大信号时是否能看见低电平信号，因此，动态范围是一项重要指标。频谱仪的显示范围、测量范围、本地噪声、相位噪声等都对动态范围起重要作用。所以对于不同的测量，动态范围有不同的理解。
测量范围：
是频谱仪在不同的仪器设置下能测量的最大信号和最小信号之差。最大功率电平决定了最大信号（30dBm），本底噪声决定最小信号。
显示范围：
是显示的已校幅度范围。对于8560e是100dB.
混频器压缩：
混频器压缩电平是指输入频谱仪混频器而不损害显示信号精度的最大功率电平。当混频器上的信号远低于压缩点时，所希望的混频分量的电平是输入的线性函数，只有极少量的能量被转换成失真。当混频器上的信号电平高于压缩点，由相当大一部分能量被转换成失真分量，这时混频器处于压缩状态，显示信号电平低于实际信号电平。8560e系列1dB压缩点是-5dBm(<3GHz)
二阶和三阶的动态范围
一般利用频谱仪测量二阶、三阶失真，这是指的是二阶或三阶动态范围，它受以下三个因素的影响：1、输入混频器的失真性能2、DANL 3、本振的相位噪声
影响动态范围的因素
1．失真：
当对失真分量进行测量时内部失真是决定动态范围的因素之一，
2． 噪声
  有两类噪声影响动态范围，即灵敏度和相位噪声
分析仪的灵敏度（也叫作显示的平均噪声电平（DANL）或本底噪声）决定了可以测量的最小信号。对于在室温下的1Hz噪声带宽，理论上，DANL的下限为KTB或-174dBm。
相位噪声
DANL是测量两个频率相差很大的信号的有关参数，而相位噪声则是小额两两个频率相近（相隔<1MHz）的信号的关键参数。相位噪声也称为边带噪声，它是由本振（LO）的不稳定所引起的。世界上不存在理想的振荡器。在某种程度上所有振荡器都有随机噪声的相位调制。本振的任何不稳定性都会通过混频器转移到被显示的信号上。
为了在内部失真电平图（图30）上加上噪声的影响，我们需要考虑信噪比如何随混频器的输入端的基波电平变化而变化，对于混频器上信号电平每增加1dB,信噪比也增加1dB,.因此DANL曲线是一条斜率为-1的直线。相位噪声是一条直线。



图31  灵敏度、相位噪声、三阶和二阶失真随混频器电平的变化
从图31可以看出，当混频器上的电平对应于噪声和失真分量的交点时，便达到最大动态范围。最大动态范围用下列方程计算，并可用来确定您的频谱仪是否有足够的动态范围来进行特定测量
方程1 Maximum third-order dynamic range =(2/3)(DANL–TOI)
方程2 Maximum second-order dynamic range =(1/2) (DANL–SHI)
Where: TOI = mixer level – (1/2) (level ofdistortion products in dBc)
SHI = mixer level – level of distortionproducts in dBc.

最佳混频器电平＝DANL-MDR
6．用频谱仪测量
    绝对频率、相对频率
    绝对幅值、相对幅值
    标量
    噪声
    失真分量
    AM、FM、脉冲射频调制和数字调制
    激励响应
    EMC

6.1 谐波失真测量
有两种常用方法，一种是在同时显示基波和谐波，这种方法较快，见图
还一种方法是在显示上只显示一个谐波，这种方法较慢，但可以用较窄的SPAN和RBW，从而提高了信噪比，使测量更精确。
如果想测量总的谐波失真（THD），可先测出各次谐波失真值，然后算出THD，用下面的公式计算：
                

图32 同时显示基波和谐波
6.2 AM测量
什么是AM？
当调制信号fmod引起被调制载波瞬时幅度偏移即产生幅度调制。幅度偏移的大小与fmod的瞬时幅度成正比，偏移的速率与fmod的频率成正比。
幅度调制指数 m=2*V边带/V载波
若用Cos(ωmt)表示调制信号，则在频域中用可用三个正弦波描述被调制的信号：
V(t)=[1+m* Cos(ωmt)] *Cos(ωct)
  = Cos(ωct)+m* Cos[(ωc-ωm)t]/2+m* Cos[(ωc＋ωm)t]/2
1.    扫描频域法
当分辨率带宽<<fmod时，利用频谱仪的扫描频域法可观测到载波和边带。此时可利用公式计算m.
AM%=200*10(△dB/20)

图33  调幅信号的频域显示
如上图所示，AM%=200*10 (-40/20)%＝2%
用扫描频域法很容易测量载波频率和fmod.

2.    时域法
上述方法适用于分辨率带宽<fmod的情况，当fmod小于RBW时，可利用时域法，
用频谱仪在时域解调信号，应做到：
a. 最宽的分辨带宽（为了包函所有的频率分量）
b. 最宽的视频带宽（为了防止平均）
c. 线性方式
d.零扫宽
时域显示与示波器的时域显示是有区别的：由于频谱仪不能显示负电压，因此只能看到时域图形的上半部分，同时，频谱仪使用包络检波器，它除掉了载波信号，因而只能看到基带调制信号。
利用公式m = (Emax - Emin) / (Emax + Emin)
            = (1 – Emin/Emax)/(1 + Emin/Emax)可计算调制指数m.

图34. Delta markers can be used to find the ratio Emin/ Emax
由图,,m = (1 – 0.5332)/(1 + 0.5332) = 0.304, or 30.4% AM.

3.    FFT频域法
除上述方法外，对于有FFT功能的频谱仪，还可把FFT功能用到频谱仪的时域波形上，产生相对于载波的FFT频谱仪显示。载波在左边缘，因为它相对本身是0Hz，基带调制信号在载波的右边，偏离载波fmod。
   正像在扫描频域法中那样,可用标记测量载波幅度,调制度m和fmod.但是，当按[FFT MEAS]之后须马上用FFT标记，否则FFT标记将会不正确。
   
图35 Using the FFT yields a frequency-domain display of just the modulation signal

FFT的频率范围取决于频谱仪的数字化时的采样速率和扫描时间，即
FFT Start Freq=0Hz
FFT Stop Freq=N/2*(Sweep Time)
对于8560e系列，N=600;8590系列，N=400；
8560e系列的FFT频率范围大约是100kHz。
FFT频域测量AM的优点是幅度精度高(如8560e系列为±0.33dB)，频率分辨率好，测量速度快，并且能以抑制伴随FM.但FFT频域法的相对频率精度不如扫描频域法，因为它的精度取决于扫描时间的精度。如8560e系列扫描时间指标是：
Sweep time 30 ms to 6,000 s <1%
Sweep time <30 ms <10%

某一载波既有AM又有FM，用扫描频域法则不可能测量这一信号的调幅度，因为包含大量的调频量，但是，在FFT频域，使用宽的分辨带宽可容易的测量上述信号的AM.这是因为，使用宽的分辨带宽和包络检波相配合能去除FM,只留下AM.


6.3 FM测量
  什么是FM?
当调制信号fmod引起被调制载波的频率瞬时变化时即产生频率调制，峰值频偏△fpeak与fmod的瞬时振幅成正比。频偏速率与fmod的频率成正比。
FM调制指数β=△fpeak/△fmod
1.    窄带调频测量方法
FM由无限数量的边带组成，但是，在窄带调频时，即m小于1时（
通常β<0.29)，只有两个重要边带，有近似公式
β=2*10-(△dB/20)
当在扫描调谐频显示时，窄带FM看上去像AM,但，如果在时域时FM显示为一条直线，因为调频没有幅度变化。
2.    贝塞尔函数法
  FM的频域表达式可写成：
A(t)=J0(β) Cos(ωct)
-J1(β) Cos[(ωc-ωm)t]+ J1(β) Cos[(ωc-ωm)t]
+J2(β) Cos[(ωc-2ωm)t]- J2(β) Cos[(ωc-2ωm)t]
…
贝塞尔函数表明，载波及其边带的幅度是β的函数，在特定的β值下，载波分量J0和个别的边带分量Jn的幅度等于零。例如β=2.4048时，载波分量变到贝塞尔零值。因为利用频率标记可精确测量调制频率，而调制指数β已精确知道，由此能以同样的精度算出频偏。此方法只能测量一些离散值。
3 哈伯雷方法
对宽带FM，有许多重要边带围绕载波呈对称分布，通过设定分辨率带宽<<fmod,能观察到这些边带，此时还可利用哈勃雷公式计算β，
哈勃雷公式：             
                                 < <
利用哈勃雷公式计算β的条件：
1．    找出三个相邻的边带，他们的幅度随与载波距离的增加而依次减小；
2．    设置幅度单位为电压
3．    从离开算起确定n值，第一对边带n=1,等等。
为了更精确的测量，可用几组边带测量取平均值。此方法更通用，它可用于计算β〉0.37的任意调频指数。

6.4 测量射频脉冲
6.4.1 什么是射频脉冲？
RF脉冲是一种简单的RF载波，它在短暂的时间间隔内打开。它有固定的脉冲重复频率(PRF),脉冲宽度和形状，脉冲幅度。
频谱仪能测量载波频率、PRF、峰值脉冲功率、脉冲宽度。
射频脉冲的频谱：射频脉冲信号的频谱对称分布于载波频率f0的两旁，主瓣宽度是旁瓣的两倍，瓣的包络离开载波在△(△=1/τ，τ为脉冲宽度)电通过零值；PRF等于频谱分量的间隔，用频谱仪可直接测量载波频率（f¬0）、脉冲宽度和重复频率PRF。下图为RF脉冲在频谱分析仪上的显示。

图36  RF脉冲在频谱分析仪上的显示
6.4.2 窄带（线状谱）方法
用频谱仪测量脉冲功率由两种方法：窄带方法和宽带方法。确定测量方法的因素是频谱仪的分辨率带宽，而不是RF脉冲本身。窄带显示时，在分辨带宽内同时只有一个频谱分量（即分辨带宽小于0.3PRF）
  域窄带相比，宽带显示是在分辨带宽内同时包含多于一个频谱分量。用窄带显示，很容易测量载波频率（f¬0）、脉冲宽度τ和重复频率PRF。载波频率是主瓣中心频谱分量的频率、脉宽是主瓣宽度一半的倒数。
峰值功率怎么测量？在窄带显示中，峰值脉冲功率与载波分量的幅度功率之差称为损失，并可公式20log(τ/T)计算。因此峰值脉冲功率可用下面的公式计算：
        Pp=Pf0 - 20 log(τ/T)

6.4.3  宽带（“脉冲谱”）方法
低PRF的射频脉冲的频谱分量其频率彼此靠近，因此，有时用窄带测量比较困难。
  如何识别宽带显示？由于分辨带宽内包含多个频谱分量，所以频谱仪上显示的时这些频谱分量矢量叠加，所以从显示上看，脉冲响应上下变动。此外也可以用视频带宽测试是否为宽带显示。视频带宽能平均信号，所以减小视频带宽会降低宽带测量的幅度。所以在宽带测量时，频谱仪的视频带宽设置应大于分辨带宽设置，否则会引入测量误差。
在测量测量载波频率（f¬0）、脉冲宽度τ，为便于观察最大保持。见图37

图37 使用最大保持得宽带显示
这时，载波频率（f¬0）即为主瓣中心的频率、脉冲宽度τ为主瓣宽度一半的倒数。
脉冲周期T是脉冲响应之间的时间间隔，用零扫宽和短的扫描时间测量T，如图37所示。
用宽带显示计算”损失”的公式是不同的，如下：
Peak Pulse Power =Mainlobe Amplitude -20log （τ*BWi ）
whereτ= pulse width, in seconds
BWi = impulse bandwidth, in Hertz
BWi = 1.5 ´ resolution bandwidth used to measure pulse
width.


图38

注意： 在测量时，要使峰值脉冲功率小于频谱仪的增益压缩点。

6.5 噪声测试
   当测量噪声时，可以运用频谱仪所提供的噪声测量功能是测量更准确和容易。
首先是噪声标记功能，通过选择此功能，可以使噪声测量值规一化到1Hz带宽。此外频谱仪的检波模式切换到采样模式（对于噪声测量最好），并且一个修正因子被加上（因为分析仪是被设计用来测量正弦波的，在测量噪声时会由于噪声信号和正弦信号的不同会带来一些误差,如前所述大约是2 dB）
另一个是视频平均功能，可以得到平滑的显示。
噪声功率为什么需修正？
1．    功率是信号的“热效应值”，噪声功率是随机的，为了得到稳定的读数，频谱仪显示的噪声功率的平均值，即应指示v2/R的平均值。但由于噪声的包络电压符合瑞利分布，并且频谱仪是求出平均包络电压并对其平方的，它的结果低于求平方的平均，它们相差1.05dB。因此，若我们打算用频谱仪通过电压包络检波和取平均测量噪声，需给结果额外增加1.05dB,以补偿用平均电压取代电压的平方。
2．    通常频谱仪用在对数刻度显示，这同样增加了噪声测量的误差，约比实际噪声值低1.45dB.所以频谱仪上显示的噪声值约比实际值低2.5dB.
3．     不仅RBW的大小影响测量的噪声电平，而且RBW滤波器的选择性也影响噪声电平。为了便于比较不同分析仪的测量结果，需定义一个标准的噪声功率带宽（等效噪声带宽）：与分析仪RBW滤波器通过同样的噪声功率的矩形滤波器的带宽。对Agilent的频谱仪通常是RBW滤波器3dB带宽的1.13(0.5dB)倍。所以分析仪由于等效噪声带宽与3dB带宽值比引起的过响应使得比相同噪声带宽的噪声功率大0.5dB。
  所以，在使用噪声标记测量噪声功率时，有约2dB的修正值。
6.6激励响应测试
频谱分析仪还可以用于激励响应测量，激励响应测量也叫做网络测量，即用一个输入被测设备，在输出测量它的响应。所以激励响应测试需要一个源。
可以测量的传输特性包括频响、返回损耗等
有两种主要的仪器可进行激励响应测试：网络分析仪和频谱仪。
用频谱仪进行测量，要一个跟踪发生器，跟踪发生器输出频率和分析仪的输入频率相同，随着频谱仪的扫描，跟踪发生器的频率也随之变化，从而测出被测器件的传输特性。
Hp8562e部分指标：
Amplitude Specifications
Displayed Average Noise Level
With no signal at input, 1 Hz video bandwidth, and 0 dB input attenuation,
tracking generator off.
Frequency Range 10 Hz RES BW 1 Hz RES BW
(Option 103) (Non-Option 103)
30 Hz <80 dBm <90 dBm
1 kHz <95 dBm <105 dBm
10 kHz <110 dBm <120 dBm
100 kHz <110 dBm <120 dBm
1 MHz to 10 MHz <130 dBm <140 dBm
10 MHz to 2.9 GHz <141 dBm <151 dBm
2.9 GHz to 6.5 GHz <138 dBm <148 dBm
6.46 GHz to 13.2 GHz <135 dBm <145 dBm

Reference Level Uncertainty
Frequency Response
(with 10 dB input attenuation) Typical
Relative (referenced to midpoint between highest and
lowest peak excursions)
(20 C to 30
DC Coupled
30 Hz to 2.9 GHz <1.25 dB <0.8 dB
100 MHz to 2.3 GHz <0.9 dB <0.8 dB
2.9 GHz to 6.46 GHz <1.5 dB <1.1 dB
6.46 GHz to 13.2 GHz <2.2 dB <1.5 dB
AC Coupled
100 kHz to 2.9 GHz <1.25 dB <0.8 dB
2.9 GHz to 6.5 GHz <2.0 dB <1.0 dB
6.46 GHz to 13.2 GHz <2.2 dB <1.5 dB
Absolute (referenced to 300 MHz CAL OUTPUT)
DC Coupled
30 Hz to 2.9 GHz <1.80 dB <1.0 dB
2.9 GHz to 6.46 GHz <2.5 dB <1.5 dB
6.46 GHz to 13.2 GHz <2.9 dB <2.0 dB
AC Coupled
100 kHz to 2.9 GHz <1.9 dB <1.2 dB
2.9 GHz to 6.46 GHz <3.0 dB <1.5 dB
6.46 GHz to 13.2 GHz <3.0 dB <2.0 dB
Band Switching Uncertainty
(Additional uncertainty added to Relative Frequency Response for
measurements between any two bands)
<1.0 dB
Calibrator Uncertainty
10 dBm, 300 MHz <0.3 dB
Input Attenuator Switching Uncertainty
(20 to 70 dB settings, referenced to 10 dB attenuation)
Frequency Range
9 kHz to 2.9 GHz <0.6 dB/10 dB step, 1.8 dB max.
30 Hz to 2.9 GHz (Option 006) <0.6 dB/10 dB step, 1.8 dB max.
IF Gain Uncertainty
(0 dBm to 80 dBm reference levels with 10 dB input attenuation) <1.0 dB
Resolution Bandwidth Switching Uncertainty
(Referenced to 300 kHz resolution bandwidth at the reference level.)* <0.5 dB


Frequency Specifications
Frequency Range
Internal Mixing
AC Coupled 100 kHz to 13.2 GHz
DC Coupled 30 Hz to 13.2 GHz
Internal Mixing Bands Frequency Range Harmonic Mixing Mode N*
Band 0 30 Hz to 2.9 GHz 1
Band 1 2.75 GHz to 6.5 GHz 1
Band 2 6.5 GHz to 13.2 GHz 2

Frequency Readout Accuracy
Accuracy of START, CENTER,
STOP or MARKER frequency
SPAN > 2 MHz N* <(frequency readout frequency reference accuracy† + 5%
of frequency span + 15% of resolution bandwidth + 10 Hz)
SPAN 2 MHz N* <(frequency readout frequency reference accuracy† + 1%
of frequency span + 15% of resolution bandwidth + 10 Hz)
* N is the harmonic mixing mode.
Frequency Count Marker
Frequency Count Marker Resolution Selectable from 1 Hz to 1 MHz
Frequency Count Marker Accuracy
(for signal-to-noise ratio 25 dB)
<(marker frequency frequency reference accuracy‡ + 2 Hz N† + 1 LSD)
Delta Frequency Count Accuracy
(for signal-to-noise ratio 25 dB)
<(delta frequency frequency reference accuracy‡ + 4 Hz N† + 2 LSD)
† N is the harmonic mixing mode.
‡ Frequency Reference Accuracy = (aging period of time since adjustment + initial achievable
accuracy + temperature stability).
Frequency Reference Accuracy
Non-Option 103
Aging <0.5 109/day (after 7 day warmup)
<1 107/year
Temperature Stability <1 108, 10 C to +55 C, referenced to 25 C
Resolution Bandwidths (3 dB)
Range*
Non-Option 103 1 Hz to 1 MHz (selectable in a 1, 3, 10 sequence) and
2 MHz (3 MHz at 6 dB)
Option 103 10 Hz to 1 MHz (selectable in a 1, 3, 10 sequence) and
2 MHz (3 MHz at 6 dB)
Accuracy
1 Hz to 300 kHz RES BW <10%
1 MHz RES BW <25%
2 MHz RES BW <+50%, 25%

weisi

是啊！有图的话好多了！都是文字看得晕晕得！

chenyongzhi

没有图片，还真看的人头晕。不如以附件的形式传上来~

zjcppa

希望楼主图文并茂,有权限的时候我传个别人做的,直接明了啊

roger_cai

图啊~~！

lightweight

边做边学，会更有针对性。光看原理会把自己搞晕的，呵呵。 [s:23]

lblz83

引用第0楼yujiang820a于2008-02-16 18:10发表的“频谱分析仪学习”:
  频谱分析仪
1.    频谱仪是什么？
1.    1 定义
一切信号,不管它是编码型的、发射型的或是其它什么类型的；不管是周期重复的、瞬态的还是随机的，其基本参数之一就是频谱特性。用于频域内分析这些信号参数的仪器叫做频谱仪。或者说频谱仪是把信号的能量作频率的函数显示出来的测量仪器。它实质上是一台被校准于正弦波有效值的峰值响应的选频电平表。
1.2  分类
.......

好东西，鼓励一下！

ckck7206

要是有图多好啊，楼主能不能把好事就做到底，弄点图上来啊！ [s:10]

shuangcong

楼主这个原文在什么地方，做成PDF传上来吧。

ch

看完了还是晕晕的