PSA頻譜分析儀測量應用

　　精確測量信號功率電平是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的重要技術環(huán)節(jié)。無論是對電路子系統(tǒng)還是對整個通信鏈路進行分析時，技術指標和容限均十分重要。


　　與傳統(tǒng)的頻譜分析儀相比，Agilent高性能頻譜分析儀（PSA）系列體現(xiàn)出多方面的技術創(chuàng)新——精密的平坦度校準、全數(shù)字中頻（IF）部分和內部校準器，可以達到最佳的幅度精度，使測量更精確、更迅速和更方便。


PSA和Agilent8563E的幅度精度指標的比較


技術指標 PSAE4440A 8563E


絕對頻率響應0～3GHz <±0.35dB <±1.8dB


對數(shù)逼真度


-20dBm或更低 <±0.07dB <±0.85dB


對數(shù)逼真度的范圍 不受限制 離參考電平100dB


中頻增益的不確定性 無 <±1.0dB


分辨帶寬轉換


（幾乎是最寬的分辨帶寬） <±0.03dB <±0.5dB


校準器 未作規(guī)定 <±0.3dB


校準器+對數(shù)逼真度+中頻增益+分辨帶寬轉換 <±0.30dB 未作規(guī)定，加到2.65dB上


　　根據(jù)這個比較，可以得出PSA系列的幅度不確定性遠小于8563E頻譜分析儀的結論。當將PSA系列與市場上的其它頻譜分析儀作比較時，這個結論也屬正確。傳統(tǒng)頻譜分析儀中的某些不確定性可以在不改變參考電平或衰減器控制的條件下通過測量相對于已校參考電平和示波器標度的信號電平來加以限制或使之最小。這些步驟可以消除某些不確定性，但其余的不確定性仍遠大于PSA系列的總不確定性。由于PSA系列沒有許多常規(guī)的幅度不確定性，故在精確幅度測量中能為用戶提供更大的靈活性。




　　典型幅度測量中測量不確定性的實例


　　下面將考察利用PSA系列和8563E進行的某些典型幅度測量，并對如何利用PSA系列來完成最佳幅度精度測量提出一些建議。


　　我們將列出應用哪些不確定性并對總誤差及平方和的平方根（RSS）誤差進行計算。


例１：信號功率測量（絕對測量）


測量 利用10kHz分辨帶寬，在-5dBm上測量900MHz連續(xù)波信號


　　重要提示 ·將使衰減器從10dB參考設置進行轉換之間PSA系列的誤差與由加到第一混頻器上的輸入信號高于-20dBm所引起的較高對數(shù)逼真度誤差進行比較，較小誤差由采用10dB輸入衰減器設置獲得。


　　對于PSA系列，無需將信號移至參考線來改善精度。只要輸入衰減調到使混頻器電平處于或低于-10dBm，就能將參考電平設定在儀器允許范圍內的任意處。


PSA E4440A Agilent8563E


影響因素 規(guī)定的不確定性（±dB） 可利用的不確定性（±dB） 規(guī)定的不確定性（±dB） 可利用的不確定性（±dB）


校準器 0.3 0.3 0.3 0.3


參考電平 1.0 0.0(若在0dBm參考電平上進行校準和使用)


標度逼真度 0.5 0.5


分辨帶寬轉換 0.0(若在10kHz分辨帶寬內校準)


頻率響應1 0.35 0.35 1.5 1.5


總不確定性 0.65 2.3


用RSS表示的總不確定性 0.46 1.61


　　1利用10dB輸入衰減。


　　2將所有誤差項相加來確定測量的總不確定性是一種十分保守的方法。合并不確定性的更真實方法是平方和的平方根（RSS）法。在幅度測量中，RSS不確定性是基于大部分誤差彼此無關這一事實。由于誤差獨立無關，故按RSS方式合并個別不確定性是合理的。


　　求RSS不確定性要求各個不確定性用相同單位表示。通常，不確定性由分貝(dB)表示：


RSS=[e12+e22+e23+……]1/2


式中，RSS,e1,e2,e3……均以dB為單位。


　　例2：不同頻帶內利用Δ標記的相對測量（相對測量）


測量 10GHz基頻信號及其20GHz二次諧波。


重要提示 ·一般而言，最好是對兩個信號采用相同的輸入衰減器設置和分辨帶設置。用這種方法，與輸入衰減轉換不確定性和分辨帶寬轉換不確定性相聯(lián)系的不確定性不會影響測量。


PSA E4440A Agilent8563E


影響因素 規(guī)定的不確定性（±dB） 可利用的不確定性（±dB） 規(guī)定的不確定性（±dB） 可利用的不確定性（±dB）


頻率響應（在10GHz處） 2.0dB（絕對不確定性） 2.0dB 2.5dB（相對不確定性）2 2.5dB


頻率響應（在20GHz處） 2.0dB 2.0dB 3.0dB（相對不確定性）2 3.0dB


頻帶轉換 不適用 0 1.0dB2 1.0dB


對數(shù)逼真度 0.071 0.07 0.85dBmax(在90dB范圍內) 0.85dBmax


總不確定性 4.07 6.55dB


用RSS表示的總不確定性 2.83 4.12dB


1調節(jié)衰減器，使混頻器上的信號電平低于-20dBm。


2可以采用相對于絕對校準器的頻率響應，而在這種情況下頻帶轉換將不適用。


例3：三階截獲測量（相對測量）


測量 對相隔50kHz、三階失真為-80dBc的兩個2GHz信號進行測量。


重要提示 ·為使PSA系列獲得最佳失真分量，饋至第一混頻器的輸入信號電平應為：1/3*（2*TOI+DANL）。請參考PSA系列的技術指標。


·對于與同一頻率很接近的信號，可以不考慮頻率響應。


PSA E4440A Agilent8563E


影響因素 規(guī)定的不確定性（±dB） 可利用的不確定性（±dB） 規(guī)定的不確定性（±dB） 可利用的不確定性（±dB）


對數(shù)逼真度0.071 0.07 0.85dBmax（在90dB范圍內） 0.85dBmax


總不確定性 0.07 0.85dB


用RSS*表示的總不確定性 0.85dB


1調節(jié)衰減器，使混頻器上的信號電平低于-20dBm


例4：失配測量誤差和測量不確定性


測量 利用PSAE4440A在不同的輸入衰減設置下測量某個信號


　　測量提示·對于所有頻譜分析儀，為了獲得最精確的幅度測量，需要某種輸入衰減（使阻抗匹配最佳）。
失配誤差是由信號源輸出阻抗與負載輸入阻抗不相同所引起的。在頻譜分析儀測量中，被測件（DUT）輸出阻抗與頻譜分析儀輸入阻抗的不完善性都可能引起失配誤差。


完整的功率傳遞函數(shù)為：


PL/PS=（1-ρＳ2）(1-ρＬ2)/(1±ρLρS)2 (1)


10log(PL/PS)=10log(1-ρs^2)+10log(1-ρL^2)-20log(1±ρSρL) (2)


方程（2）中，前兩項決定了由反射系數(shù)引起的預期功率損失。第三項是失配不確定性。實際功率傳遞可能落在由第三項中正負號所表示的兩個極值中間的任何處。


下面兩個表列出利用PSA系列對一個電壓駐波比（VSWR）為1.4∶1的被測件在不同的輸出衰減器設置下進行測量的計算結果。


VSWR ρ VSWR ρ


輸入衰減<10dB 輸入衰減≥10dB


DUT輸入端口 1.4∶1 0.167 1.4∶1 0.167


PSA50MHz～3GHz 2.3∶1 0.394 1.2∶1 0.091



輸入衰減器設置 輸入衰減量0<10dB 輸入衰減量≥10dB


測量誤差（dB） <0.855 -0.159


測量不確定性（±dB） -0.591/+0.533 -0.133/+0.131


總誤差范圍（dB） -0.264/-1.408 -0.026/-0.29


失配誤差和不確定性適用于供幅度測量用的所有儀器，如功率計和頻譜分析儀。


　　結束語


　　PSA系列頻譜分析儀中采用的新技術極大地改善了許多信號測量的幅度精度。最常見的幅度精度誤差已被消除或減小，而使用的方便性和靈活性也獲得了改善。■




摘自《電子產品世界》