好的頻譜儀都“長得帥”？讀懂頻譜儀核心指標(biāo)

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        頻譜分析儀是通過頻譜特征研究信號(hào)質(zhì)量的儀器，常用于測量信號(hào)頻率、功率、信號(hào)失真度、調(diào)制度和交調(diào)失真等信號(hào)參數(shù)的測量。它又可稱為頻域示波器、諧波分析器、頻率特性分析儀或傅里葉分析儀等。相對(duì)于時(shí)域的示波器是儀器界的“物理一哥”，頻譜儀更像儀器界的“化學(xué)一哥”，它能夠透過信號(hào)變化的表象，觀察出信號(hào)的頻域本質(zhì)，在無線通信領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

        選擇一款“心儀”的頻譜儀，除了頻譜范圍、分辨率帶寬這些基本參數(shù)，還有一些“性能參數(shù)”散發(fā)著頻譜儀那優(yōu)質(zhì)的“荷爾蒙氣息”。今天就給大家簡單介紹一下，頻譜儀那些“性能指標(biāo)”更深的含義。

相位噪聲Phase noise

        相位噪聲是關(guān)系到頻譜儀本振穩(wěn)定度的關(guān)鍵指標(biāo)，直接作用于輸出信號(hào)的質(zhì)量三要素——頻率、幅度、相位。噪聲過大，影響則表現(xiàn)在頻譜儀的分辨率RBW做不小，測量信號(hào)功率的動(dòng)態(tài)范圍窄，而當(dāng)進(jìn)行信號(hào)發(fā)射的帶內(nèi)和鄰道測試時(shí)，“相噪”大會(huì)影響測試結(jié)果。

        怎么理解“相位噪聲”呢？就好比公交車站發(fā)車，由于道路堵塞影響，原本固定頻率的發(fā)車被打亂，在遠(yuǎn)處站點(diǎn)等待的乘客就會(huì)晚點(diǎn)。

頻譜儀的相位噪聲就是類似描述信號(hào)頻率穩(wěn)定度的一個(gè)指標(biāo)，如果由于噪聲的影響，偏離中心頻率很遠(yuǎn)處也應(yīng)該有該信號(hào)的功率，正如延誤1小時(shí)以上的公交一樣；偏離中心頻率很遠(yuǎn)處的信號(hào)叫做邊帶信號(hào)，邊帶信號(hào)可能被擠到相鄰的頻率中去，正如延誤的公交班次可能擠占后來的班次，從而使固定頻率發(fā)車變得混亂。這個(gè)邊帶信號(hào)就叫做噪聲。

        如何描述相位噪聲大小呢？偏移中心頻率10kHz（一般是右邊帶）處，在1Hz帶寬內(nèi)的功率與總功率之比，單位是dBc/Hz，c指相對(duì)載波carrier，噪聲信號(hào)的dB值。

顯示平均噪聲電平DANL

        顯示平均噪聲電平可以理解為頻譜儀固有熱噪聲的衡量指標(biāo)。固有熱噪聲會(huì)導(dǎo)致信號(hào)信噪比惡化。因此，DANL決定了頻譜儀最小可檢測到的信號(hào)電平。

        就像在海面觀察一只潛水艇一樣，當(dāng)潛水艇沉入海平面，就無法看到和測量它的任何特征了。

        儀表顯示的噪聲對(duì)應(yīng)包絡(luò)檢波器拾取的噪聲電壓，相應(yīng)的噪聲功率由接收噪聲帶寬內(nèi)，對(duì)噪聲密度積分而得到，因此當(dāng)設(shè)置不同分辨率帶寬時(shí)，顯示的噪聲電平也不同。

        儀表指標(biāo)寫的DANL值是在特定溫度下特定分辨率帶寬RBW和衰減ATT下給出的，所以在實(shí)際測量中，可以根據(jù)測量需要調(diào)整RBW和衰減值，獲得合適的DANL。由于顯示平均電平這一指標(biāo)決定了頻譜儀的最小可檢測電平，當(dāng)我們分析信噪比和小信號(hào)時(shí)，尤需注意。

電平測量不確定度

        使用頻譜儀測量電平時(shí)，會(huì)有多個(gè)因素引起測量誤差，比如：絕對(duì)電平誤差、頻率響應(yīng)、線性誤差或顯示非線性、衰減器誤差、IF中頻增益誤差或參考電平設(shè)置誤差以及RBW轉(zhuǎn)換誤差。因此電平測量不確定度體現(xiàn)了這些誤差的綜合，給出測量結(jié)果和真實(shí)信號(hào)電平誤差范圍。就像一只木桶裝水，如果任何一處的木板較低，那么最終木桶的盛水就被拉低。

        從電平測量不確定度也可以看出頻譜儀器件的穩(wěn)定性，不確定度越低，設(shè)計(jì)用的器件穩(wěn)定性越高。

實(shí)時(shí)分析帶寬

        實(shí)時(shí)分析帶寬是指頻譜儀FFT頻譜分析一次分析的頻譜寬度。在軍用的跳頻電臺(tái)、雷達(dá)、RFID、藍(lán)牙等信號(hào)測試中，通過FFT分析頻譜，比掃描式頻譜儀更快，在現(xiàn)代無線通信占用帶寬更大、調(diào)制更復(fù)雜的發(fā)展中應(yīng)用越來越多。

        傳統(tǒng)的超外差式頻譜儀在給定頻率范圍內(nèi)，進(jìn)行逐點(diǎn)頻率下變頻至中頻進(jìn)行信號(hào)檢測，再將信號(hào)拼接顯示，頻譜跡線左端到右端的測量結(jié)果不是同一時(shí)刻得到的，而且由于處理速度匹配問題，頻譜儀需要像未完全燃燒的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，需要拋掉一部分吸入的汽油分子，此時(shí)相當(dāng)于漏掉部分采集信號(hào)。

        實(shí)時(shí)頻譜儀就不存在這樣的問題，F(xiàn)FT頻譜分析最高輸入頻率取決于采樣率，分辨率取決于采樣點(diǎn)數(shù)。選擇一款高的實(shí)時(shí)分析帶寬頻譜儀，在解析調(diào)制信號(hào)時(shí)游刃有余，避免掃描式頻譜儀產(chǎn)生的測試盲區(qū)，可以完整實(shí)時(shí)的對(duì)信號(hào)頻譜信息進(jìn)行分析。

國產(chǎn)頻譜儀在很多性能指標(biāo)已經(jīng)不輸于進(jìn)口品牌，比如普源RSA5000系列的頻譜儀，擁有-108dBc/Hz的低相位噪聲，顯示平均電平以及頻率范圍指標(biāo)優(yōu)于同級(jí)別多家進(jìn)口品牌。