提高频谱仪的幅度测量精度方法

有关，其范围可以从显示平均底噪(DANL)调节到其能承受的最大输入电平。调节参考电平实际上就是调节中频放大器的增益，中频放大器本身(和所有的放大器一样)其增益都会随着幅度和频率变化。因此测试过程中，任何参考电平的调节都会引入不确定度。

参考电平通常通过仪器内部的标准参考源(当然也可以用外部源)进行校准。和很多功率计内置的标准源类似，PSA系列频谱仪内置一个频率为 50MHz，功率为-25dBm的标准源，其幅度精度为±0.24 dB(而ESA-E系列通用频谱仪的内置标准源的幅度和频率和PSA一样，但是精度为±0.34 dB)。因此当设置参考电平为-25dBm、衰减器为10dB的时候，频谱仪的测量精度最高，因为频谱仪参考电平相关参数就是在这个状态下进行校准的。

参考电平不确定度这个指标通常这样给出：如±0.3 dB 在-20 dBm，随着参考电平偏离-20dBm，这个指标会有一定增大。需要注意的是不同仪器的指标里对"参考电平不确定度"可能会用不同的名词。例如，安捷伦科技的8560系列便携式频谱仪指标中用"中频增益不确定度"这个词，而PSA系列则用"参考电平精度"这个词。

由于射频微波衰减器的衰减值会随频率变化(有时甚至随温度变化)，因此步进衰减器的精度也是频率的函数。另外，参考电平校准时的衰减器设置如果和实际测量的设置不一样，也会引入不确定度。大多数衰减器的精度都是随着频率的升高而恶化的，衰减器切换的典型不确定度为±1 dB。

由于模拟滤波器的频响不是很理想，不同带宽的滤波器之间的输出幅度特性会有较大的差别。因此测量时转换分辨率带宽滤波器也会引入不确定度，特别是使用模拟滤波器时。而数字滤波器在这方面的表现就很好，但是数字滤波器的实现成本更高，因此在ESA系列中档频谱仪中，数字中频滤波器只做到 300Hz，更高带宽的滤波器模拟的。

而高端的PSA系列的中频处理部分则采用全数字设计，还包含FFT分析和数字是扫频接收机。该设计不但提高了幅度测量精度，而且还提高了扫描速度。

改变屏幕显示每一格的尺度也会影响测量精度。例如把每格10dB的尺度改为每格1dB，这时频谱仪的对数/线形放大器的特性会有变化，这也会引入不确定度。当然在测量中保持刻度不变，可以避免这种误差。典型的线形-对数转换不确定度在参考电平位置为±0.25 dB，但是如果频谱仪此时显示的是已经保存的轨迹，这个不确定度对测量就没有影响。

总的相对幅度测量不确定度受上述所有因素的叠加影响。有一些误差来源于改变设置，如果衰减器、分辨率带宽、参考电平等设置不变，相关的所有不确定度就可以排除，总的不确定度就可以减至最小。例如PSA系列频谱仪由于采用全数字分辨率带宽滤波器，因此在切换分辨率带宽时，不会引入额外的误差，其精度远比采用模拟滤波器的频谱仪高。

为了提高相对幅度测量的精度，最简单的方法是在测量的过程中不要改变设置：不要改变分辨率滤波器设置，但是像PSA这样采用全数字滤波器的，可以改变分辨率带宽滤波器；参考电平校准和实际测量时，保证采用同样的衰减器设置；测试过程中不要改变每一格的尺度。

连接频谱仪和被测件之间的信号传输网络会影响被测信号的特性，因此这些网络的特性也必须被补偿掉。通常采用频谱仪内置的幅度修正功能，加上测试信号源和功率计，可以测出该网络的频率响应特性，把测量的结果做成一个表格存在频谱仪内部，测量时用表格中的数据进行修正即可。对于某些测试中必须用的天线、电缆等附件，也可以用上述的办法进行补偿。并且仪器可以存储很多组数据，以应对不同的设置。

下面是一个典型的计算不确定度的例子，本例中被测信号的频率为1GHz，幅度为-20dBm。为了对比不同仪器的测试精度，选用了高端的PSA系列 4440A和中端的ESA-E系列E4402A频谱仪。各项设置均相同：衰减器为10dB，频率跨度为20KHz，参考电平为-10dBm，扫描时间设为自动，分辨率带宽为10KHz，视频带宽为1KHz。环境温度为室温(+20 到 +30°C)，E4440A PSA(数字中频滤波器)的标称绝对幅度不确定度为±0.24 dB，而ESA(模拟中频滤波器)的指标为±0.54 dB。上述的两个数字分别加上两款频谱仪的绝对频率响应，其和就是最坏情况下的不确定度。对于更高频率信号，特别是谐波测试时，由于仪器要切换内部混频频段，其不确定度会更大。

采用数字中频滤波器可以有效地提高频谱仪的测量精度。测量过程中，合理的仪器设置也可以保证测试的结果能满足仪器给出的最佳精度。