【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 頻率分辨率指標(biāo) ， 如90Hz。 頻率精度 即頻譜儀頻率軸的讀數(shù)精度 ， 與參考頻率 （ 本振頻率 ） 穩(wěn)定度 、 掃描寬度 Span、 分辨率帶寬 RBW等多項(xiàng)因素有關(guān)： ?????? ??????????? CH zBRBWNS panAS panffr e fx %1%? 其中： Δ f— 絕對(duì)頻率精度 ， 單位 Hz； γref — 參考頻率 （ 本振頻率 ） 相對(duì)精度； fx— 頻率讀數(shù)；N— 完成一次掃描所需的頻率點(diǎn)數(shù)； A%— Span的精度 ， B%— RBW的精度 ， C— 頻率常數(shù) 。 不同的頻譜儀有不同的 A、 B、 C值 。 掃描時(shí)間 （ Sweep Time， 簡(jiǎn)作 ST） 即進(jìn)行一次全頻率范圍的掃描 、 并完成測(cè)量所需的時(shí)間， 也叫分析時(shí)間 。 通常掃描時(shí)間越短越好 ， 但為保證測(cè)量精度 ， 掃描時(shí)間必須適當(dāng) 。 與掃描時(shí)間相關(guān)的因素主要有頻率掃描范圍 、 分辨率帶寬 、 視頻濾波 。 現(xiàn)代頻譜儀通常有多檔掃描時(shí)間可選擇 ， 最小掃描時(shí)間由測(cè)量通道的電路響應(yīng)時(shí)間決定 。 相位噪聲 /頻譜純度 相位噪聲簡(jiǎn)稱相噪 ， 是頻率短期穩(wěn)定度的指標(biāo)之一 ， 反映了極短期內(nèi)的頻率變化程度 ， 表現(xiàn)為載波邊帶 ， 所以也稱邊帶噪聲 。 通常用在源頻率的某一頻偏上相對(duì)于載波幅度下降的 dBc數(shù)值表示 ， 如在 9KHz頻偏處＜－ 90dBc。 相噪由本振信號(hào)頻率或相位不穩(wěn)定引起 ， 還與分辨率帶寬有關(guān)： RBW減小 ， 相噪相應(yīng)降低 。 有效設(shè)置頻譜儀參數(shù)可使相噪達(dá)到最小 ， 但無法消除 。 相噪也是影響頻譜儀分辨不等幅信號(hào)的因素之一 。 幅度指標(biāo) 幅度測(cè)量精度 有絕對(duì)幅度精度和相對(duì)幅度精度之分 ， 均由多方面因素決定 。 絕對(duì)幅度精度 是針對(duì)滿刻度信號(hào)的指標(biāo) ， 受輸入衰減 、中頻增益 、 分辨率帶寬 、 刻度逼真度 、 頻響及校準(zhǔn)信號(hào)本身的精度等的綜合影響； 相對(duì)幅度精度 與測(cè)量方式有關(guān) ， 在理想情況下僅有頻響和校準(zhǔn)信號(hào)精度兩項(xiàng)誤差來源 ， 測(cè)量精度可以達(dá)到非常高 。 儀器在出廠前要經(jīng)過校準(zhǔn) ， 各種誤差已被分別記錄下來并用于對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正 ， 顯示出來的幅度精度已有所提高。 動(dòng)態(tài)范圍 （ Dynamic Range） 即 同時(shí)可測(cè) 的最大與最小信號(hào)的幅度比 。 動(dòng)態(tài)范圍受限于輸入混頻器的失真特性 、 系統(tǒng)靈敏度和本振信號(hào)的相位噪聲 ， 其上限由頻譜儀的非線性失真決定 。 靈敏度 /噪聲電平 頻譜儀在特定的分辨率帶寬下 ， 或歸一化到 1Hz帶寬時(shí)的本底噪聲 ， 常以 dBm為單位 。 靈敏度指標(biāo)描述了頻譜儀在沒有輸入信號(hào)時(shí)因內(nèi)部噪聲而產(chǎn)生的讀數(shù) ， 常用最小可測(cè)的信號(hào)幅度來代表 ， 數(shù)值上等于顯示平均噪聲電平 （ DANL） 。 本振直通 /直流響應(yīng) 因頻譜儀 本振饋通 而產(chǎn)生的直流響應(yīng) 。 對(duì)這種零頻響應(yīng)的電平 ， 通常用相對(duì)于滿刻度響應(yīng)的 dB數(shù)度量 。 頻譜儀的低端頻率距零頻較遠(yuǎn) （ 如 90KHz） 時(shí) ， 該指標(biāo)可以略去 。 實(shí)際混頻器會(huì)產(chǎn)生本振和射頻信號(hào) 。當(dāng)本振頻率與中頻的中心頻率相同或非常接近時(shí) ， 這個(gè)對(duì)應(yīng)于零頻 （ 直流 ）輸入的本振信號(hào)將通過中頻濾波器 ，即本振饋通 。 ? 本底噪聲（ Noise Floor） 即來自頻譜儀內(nèi)部的熱噪聲 ， 也叫噪底 ， 是系統(tǒng)固有噪聲 ， 也是頻譜儀靈敏度的量度 。 本底噪聲會(huì)導(dǎo)致輸入信號(hào)信噪比下降 ， 它在頻譜圖中表現(xiàn)為接近顯示器底部的噪聲基線 ， 常以 dBm為單位 。 1dB壓縮點(diǎn)和最大輸入電平 1dB壓縮點(diǎn)： 在動(dòng)態(tài)范圍內(nèi) ， 因輸入電平過高而引起的信號(hào)增益下降 1dB時(shí)的點(diǎn) 。 1dB壓縮點(diǎn)表明了頻譜儀過載能力 。 通常出現(xiàn)在輸入衰減 0dB的情況下 ， 由第一混頻決定 。 輸入衰減增大 ， 1dB壓縮點(diǎn)的位置將同步增高 。 為避免非線性失真 ， 所顯示的最大輸入電平 （ 參考電平 ） 必須位于 1dB壓縮點(diǎn)之下 。 最大輸入電平 反映了頻譜儀可正常工作的最大限度 ， 它的值一般由通道中第一個(gè)關(guān)鍵器件決定： 0dB衰減時(shí) ， 第一混頻是最大輸入電平的決定性因素；衰減量大于 0dB時(shí) ， 最大輸入電平的值反映了衰減器的負(fù)載能力 。 頻譜分析儀的發(fā)展趨勢(shì) 頻譜分析儀的發(fā)展主要有以下兩個(gè)方面 (1)高頻頻譜儀的發(fā)展 高頻頻譜儀的工作頻率已達(dá)數(shù)十 GHz。通過外置混頻，分析頻率上限已擴(kuò)展到數(shù)百 GHz～ 1200 GHz。普遍采用頻率合成器作為調(diào)諧本振，頻率穩(wěn)定度達(dá)到 109／日。采用數(shù)字技術(shù)，使幅度分辨率達(dá) dB，動(dòng)態(tài)達(dá) 125 dB，靈敏度達(dá) 150 dBm。利用數(shù)字濾波器和 FFT取代模擬中頻濾波器，使帶寬分析時(shí)的頻率分辨率大為提高，可達(dá) Hz。 (2)低頻頻譜分析儀的發(fā)展 低頻頻譜分析儀中，除了外差掃描式分析儀外，還有一類是實(shí)時(shí)頻譜分析儀。 現(xiàn)在的低頻頻譜儀已很少采用掃描式的非實(shí)時(shí)分析。傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)頻譜分析儀采用并行濾波器法或時(shí)間壓縮法，而現(xiàn)在實(shí)時(shí)頻譜分析儀趨向數(shù)字化。用數(shù)字濾波器代替模擬濾波器，使濾波器特性實(shí)現(xiàn)程控，從而使頻譜儀的重要指標(biāo) (頻率分辨率、靈敏度 )可變。有的頻譜儀中用 FFT計(jì)算代替濾波法作譜分析 。用數(shù)字計(jì)算代替各種形式的檢波，提高了精度，擴(kuò)大了動(dòng)態(tài)范圍，并實(shí)現(xiàn)了真有效值檢波，因而波形適用性強(qiáng)。 由于在現(xiàn)代頻譜儀中采用高性能的 DSP(數(shù)字信號(hào)處理 )芯片，使分析速度、精度和分辨率等指標(biāo)不斷提高。如采用 32位 DSP芯片，配上 16位 A／ D，很容易使頻譜分析動(dòng)態(tài)范圍超過 100 dB。在速度方面，采用單個(gè) FFT芯片 l024點(diǎn)復(fù)數(shù)變換時(shí)間可達(dá)數(shù)百微秒；采用VSLI、 DSP的高速流水并行處理實(shí)時(shí)系統(tǒng)，可在數(shù)十微秒內(nèi)完成這一運(yùn)算。 信號(hào)失真度測(cè)量 諧波失真度的 定義 信號(hào)的失真可在時(shí)域或頻域進(jìn)行測(cè)量。脈沖或方波的失真通常用示波器在時(shí)域觀察，而正弦波的微小失真無法從波形上進(jìn)行準(zhǔn)確的觀察，必須用失真度測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量。 1. 失真模型 用頻譜分析儀測(cè)量的大多數(shù)“線性電路”失真都是低電平，產(chǎn)生失真的器件大都是線性器件，只表現(xiàn)出輕微的非線性，可用冪級(jí)數(shù)來模擬： （ 63） 由于對(duì)漸變形式的非線性， kn的大小隨 n增大而迅速變小，只有二次效應(yīng)和三次效應(yīng)起決定作用，因而得到簡(jiǎn)化失真模型： （ 64） 212 nou t o in in n inU k k U k U k U? ? ? ? ?231 2 3ou t o in in inU k k U k U k U? ? ? ?2. 單音輸入 單音信號(hào) 如 ， 有 （ 65） 由單音信號(hào)的輸出可以看到：?jiǎn)我粜盘?hào)的輸出中包含了直流分量、基波及二次、三次諧波，直流分量受失真模型二次系數(shù) k2的影響，基波幅度受三次系數(shù) k3的影響；基波幅度主要與輸入信號(hào)幅度 A成正比，二次諧波的幅度與 A2成正比，三次諧波幅度與 A3成正比。 in c osU A t??230 1 2 32 3 2 30 2 1 3 2 31 3 1c o s ( 1 c o s 2 ) ( c o s c o s 3 )2 4 41 3 1 1( ) c o s c o s 2 c o s 32 4 2 4outU k k A t k A t k A t tk k A k A k A t k A t k A t? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?3. 雙音輸入 雙音信號(hào)如 ，有 （ 68） in 1 1 2 2c os c osU A t A t????ou t 1 1 2 2 3 1 4 2 5 1 6 27 1 2 8 1 2 9 1 210 1 2 11 2 1 12 2 1c os c os c os 2 c os 2 c os 3 c os 3c os( ) c os( ) c os( 2 )c os( 2 ) c os( 2 ) ( 2 )oU c c t c t c t c t c t c tc t t c t t c t tc t t c t t c t t? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 失真度被定義為全部諧波能量與基波能量之比的平方根值。 失真度 的定義為： （ 69） 其中， 、 ， … ， 分別為基頻和各次諧波的有效值電壓。 當(dāng)失真度較小時(shí)，可用下式來近似：