Agilent公司射频测试基础交流---频谱仪
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Agilent 测试交流会有关频谱测试的介绍
频谱仪的介绍交流分3个部分，A. 传统类型的频谱仪的组成结构与一般性测试要点。
1. 频谱仪基于对信号的谱分析，可完成频域参数测量，包括频率，幅度，调制，失真，噪声等参数。
2. 基于信号分析的方式不同，频谱仪分为两种类型：
a. 基于现代信号数字处理技术如FFT的Fourier transform （傅立叶变换）型 ：简略介绍，略过。
b. 基于传统外差式信号处理的Swept-tuned（扫频---调谐）型。（重点介绍内容）
工作方式：以外差式原理扫频--调谐至待测频段，被测信号下变频到固定中频后，通过可变带宽IF滤波器
作为频域门取出待测信号进行测试。基本结构： 如下图。
Local
Oscillator
Crystal
Reference
Pre-select or LPF M ixer
IF gain
IF filter
Log AMP
sweep
generator
CRT display
Detector RF inputAttenuator video filter
简略基本原理：被测试信号经过输入衰减器调整，完成信号的输入匹配和电平调整，使后续通道工作在
合适的工作点，保证通道工作在最佳线型区，对测试信号的附加影响最小。由Pre-select 或LPF类模块在信号混频前作处理，防止信号混叠（FT型）或混频镜像（ST型）。锯齿电压发生器与扫描时间关联，产生的锯齿电压送LO（VCO类电路），产生指定频段频率扫源。锯齿电压同时也送CRT显示处理电路，经处理后作为频率轴/CRT阴极扫描驱动关联高压。测试信号滤波处理后通过混频器变为固定的中频信号（10.7M或21M？）。IF信号通过增益级IF gain 以补偿混频插损。IF增益级与输入衰减器关联，保持信号处理通道的总增益不变。IF滤波器带宽可调，其3dB带宽RBW直接影响对被测试信号的分辨能力。IF滤波器的另一个重要参数是矩形系数，决定仪器对幅度差别较大，频率相近信号的测试能力，典型值为10。通过IF滤波器的被测信号经对数放大（补偿IF插损，另外采用对数形式放大器的原因主要是后继检波电路和仪器采用的对数单位显示模式），检波，输出反映信号特征的电压信号输出。Video filter 为LPF类处理电路，用于抑制检波输出电压的抖动。最终测试信号的参数值在CRT 上显示。关键仪器设置参数：
y RBW：相当于频域的取样门，决定对仪器对被测信号的分辨能力。
f1f2f1f2
f1f2
图1 RBW对信号测试的影响 图1显示了对频率分别为f1和f2两个频差很小的信号不同RBW设置下的测试结果。 中间的显示曲线表明RBW的不正确设置（太宽）使检波器无法区分f1和F2两个信 号，测试的信号功率既不是F1信号的也不是F2信号的，而是两者的混合。 右边的显示曲线表明因为RBW的正确设置，使需要测试的F1信号通过IF滤波器正 确地过滤出来，可得到准确的测试。 经验公式：RBW<=（F2-F1）/2。f1f2
f1
f1f2
f2
图2 矩形系数对信号测试的影响图2显示了IF滤波器的矩形系数对频差很小而且幅度相差很大的信号的测试影响。中间的曲线表明较低的矩形系数即使RBW带宽设置正确也不能准确把要测试的F1信号取出。右边的曲线表明只有高的矩形系数，IF滤波器才能正确过滤F1信号并得出准确的测试结果。一般IF滤波器的矩形系数为10。yVBW：视频带宽，决定了信号检波输出后级的视频滤波器的带宽。视频滤波器为一个高阶低通，此视
频带宽可近似认为是视频滤波器的截止频率。检波后的电压输出仍包含了较丰富的频率分量，对显示的测试曲线造成如抖动不易观察，观察误差偏大等方面的影响。减小VBW可滤除检波输出信号中的高频分量，方便信号的观测。VBW带宽的一般设置为RBW带宽的3~10倍，也可选择VBW与RBW关联设置，由仪器自行决定两者参数。 ySweep Time：
扫描时间决定了在指定的SPAN宽度内，相应的本振扫源的频率过渡时间。同时很重要的是，扫描时间也决定的检波电路的充放电周期。过短的扫描时间使检波器充电时间不够，输出电压信号不能反映测试信号的实际情况，过长的扫描时间则影响测试周期的长短。一般的，越小的RBW带宽要求越长的扫描时间，同时扫描时间的长短越影响了测试结果 的稳定性，时间短数据刷新快，测试结果的正常抖动加快，时间长测试数据刷新慢，测试结果抖动小，便于读数。y RF input ATT：
与IF放大器关联。输入的测试信号强度可能会在一个较宽的范围内变化，而仪器内部的通道负载，非线形等指标都是有一定范围的，超过这个范围，通道过载或非线形劣化会对测试结果带来附加影响，得不到准确的测试结果。这样，需要对输入的信号强度在仪器内通过ATT调整到一个合适的工作点。对信号衰减处理后，要采取补偿措施使信号强度不失真，则在混频后加放大补偿，以维持信号的强度恒定。但是放大过程由有源的放大器实现，要带来附加噪声。近似为ATT增加10dB，仪器底噪增加10dB。故在测试中RF ATT的设置非常关键，一般是仪器动态与噪声特性的折中考虑。y Average ：
测试结果均化处理，一般通过仪器内部的CPU或DSP对多次的测试结果通过数学运算后得到。 测试准确影响因素：
频率误差影响因素与加权： a。Frequency Span 1% b。RBW 带宽 15% c。残留误差（仪器系统误差）10HZ d。频率参考源误差 误差结果举例： 2G信号，400KHz Span ,3KHz RBW 则测试误差结果为：2G%(1.3%10-7）+400K%1%+3K%15%+10=4720Hz
幅度误差：由仪器通道频响，参考电平，分辨率带宽，RF ATT精度，显示尺度（SPAN 与显示跨度）， 检波器线形，对数放大器精度等因素综合引起，一般条件下幅度误差范围为+-1dB。仪器通道非线形的分析：
仪器本身从本质上看相当于一个接收系统，也存在非线形因素。这个非线形因素对测试结果会造成较大影响，导致测试结果的不确定性，如通道过载产生的3阶，5阶失真。影响通道非线形的主要环节在于混频器，输入混频器的测试信号过大，则混频产物里会出现失真产物。RF input ATT起的作用之一就是限制送入混频器的信号电平不致使混频器工作在非线形区域。简单判别仪器是否过载并解决的办法是观察频谱并调节RF input ATT。对宽带信号可以简单地观察其谱形状是否发生压缩和扩谱，如有则加大ATT衰减量至上述现象消失，同时观察信号幅度读数是否不再随ATT的调节发生变化即可。对单音信号则观察其谐波是否存在，加大ATT至谐波消失，同时信号幅度读数不再随ATT的调节变化即可。频谱仪的动态特征：
对某些电路或网络的测试要求大的动态范围，如双工器，腔体滤波器等。仪器的动态由两个限制决定，高限取决于仪器的通道非线形，下限取决于仪器的噪声特性。这两个指标是相互制约的，在测试中是采取折中考虑的，介绍略。具体分析参考原来对RS公司FSIQ7仪器的一些相关研究。附后，有兴趣者可自行琢磨。B. HP89441A矢量信号分析仪一般性介绍。
功能全面，传统类型频谱仪只能完成信号的频域的测试，无法分析信号的相位特征。矢量分析仪可全面针对现在的数字调制信号处理完成信号的调制参数测试。C. Agilent 公司频谱仪
3大系列： ESA-E，856XEC，ESL-L，894**。特点介绍略过。
附件：分析内容1.FSIQ的动态特性WCDMA信号在频谱特征上类似白噪声，但在统计意义上分析，则两者完全不同，一个关键的区别是在WCDMA信号中pilot symbol 的使用，其重复周期为625 us，可被所有的码道识别，如果几个信道同时发送这个pilotsymbol ，一个尖峰功率就会周期性的发生，同时因为这个原因，WCDMA里定义了一个数据偏移，允许不同码道的数据有不同的延迟。图2表明了码道数和数据偏移对WCDMA下行链路信号功率水平互补累计概率分布函数的影响。
图1 码道数和数据偏移对下行信号CCPDF的影响
WCDMA信号中因存在因码道数目和数据偏移而造成一个功率特性的存在：峰值功率与平均功率，两者的差别定义为峰值因子CF（Crest Factor），WCDMA信号典型的CF因子在12dB左右，实际的CF视码道的数目和数据的偏移而变化，最大值可达18dB。这样，在ACLR指标的测试上对测试设备的动态范围要求相当苛刻。从一般信号处理的角度看，仪器内部的信号处理通道同被测试的信道一样存在着本征（Inherent）非线形因素，如混频器和放大器的非线形，限制了被测信号可测功率的最大值。同样仪器的热噪声等本征的噪声因素限制了被测信号可测功率的最小值。从影响的产生角度上看，仪器内部的非线形因素和噪声共同作用，在未输入测试信号的情况下在测试邻道就存在Inherent Adjacent Channel Leakage Power（IACLP）本征邻道泄露功率，这个功率限制了仪器的测试动态范围。
