有著“射頻萬(wàn)用表”之稱的頻譜分析儀是一種應(yīng)用非常廣泛的射頻和微波基礎(chǔ)測(cè)量?jī)x器。經(jīng)常被用于測(cè)量放大器/發(fā)射機(jī)的諧波和雜散測(cè)量、無(wú)源互調(diào)測(cè)量，而在空中電磁環(huán)境測(cè)量中，頻譜分析儀更是擔(dān)當(dāng)了重要的角色。

本文要討論的是頻譜分析儀的幅度精度，問(wèn)題來(lái)源于日常測(cè)試中對(duì)頻譜分析儀的設(shè)置及其最終測(cè)試結(jié)果的一些疑惑，帶著這些問(wèn)題，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)通用的開(kāi)關(guān)電路對(duì)頻譜分析儀的幅度精度進(jìn)行了校準(zhǔn)測(cè)量。

頻譜分析儀的幅度精度 — 廠家的定義

通常，要描述一臺(tái)頻譜分析儀的幅度精度，需要有一些附加的設(shè)置條件，以下是一臺(tái)新型頻譜分析儀對(duì)3.5-8.4GHz頻率范圍內(nèi)幅度精度的描述：

令人感覺(jué)似是而非的問(wèn)題 

從最終計(jì)算出來(lái)的均方根誤差來(lái)看，首先我們可以明確±1.6dB的誤差說(shuō)明了頻譜分析儀不能作為功率計(jì)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)，如果用頻譜分析儀去測(cè)量一臺(tái)發(fā)射機(jī)的功率，不計(jì)耦合誤差，僅僅頻譜分析儀的誤差就會(huì)高達(dá)+44.5/-30.8%！

但是本文要討論的不是頻譜分析儀的精度誤差究竟有多少，而是頻譜分析儀在不同設(shè)置條件下，上述的誤差會(huì)變化多少？

筆者在日常工作中遇到過(guò)不少大信號(hào)和小信號(hào)的測(cè)試案例，隨著頻譜分析儀設(shè)置的不同，最終的測(cè)試結(jié)果似乎也有些變化。我們可以隨意列舉一些測(cè)試條件的可能變化：

大信號(hào)測(cè)試時(shí)（如0dBm）要設(shè)置衰減器，如20dB；

測(cè)量微弱信號(hào)時(shí)，比如-130dBm，則需要開(kāi)啟預(yù)放；

測(cè)量微弱信號(hào)時(shí)，要減小RBW，為了提高測(cè)試速度，SPAN也要減少；

檢波方式的變化；

參考電平放在什么位置？

多載頻存在于頻譜分析儀的輸入端時(shí)，其自身的非線性可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)試誤差；不同幅度的測(cè)試信號(hào)下，誤差值也在變化；

測(cè)試環(huán)境溫度會(huì)有變化，尤其在野外應(yīng)用時(shí)。

帶著這些似是而非的、讓人有些困惑的問(wèn)題，筆者隨意詢問(wèn)了一些業(yè)內(nèi)人士，遺憾的事，并沒(méi)有得到明確的答案。            

通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)尋找答案

一、為什么要用功率計(jì)作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)？          

我們知道，在微波和射頻的幅度計(jì)量?jī)x器中，功率計(jì)是被認(rèn)為具有最高精度的，現(xiàn)代功率計(jì)的精度可以達(dá)到1.95%的總誤差，可換算成±0.016dB的誤差，這個(gè)誤差要比標(biāo)稱最高精度的頻譜分析儀好一個(gè)數(shù)量級(jí)，完全可以作為頻譜分析儀的校準(zhǔn)參考。                  

二、為什么要采用可編程濾波器？    

微波信號(hào)源具有諧波輸出，某些用于自動(dòng)化測(cè)試的模塊化信號(hào)源的二次諧波可能高達(dá)-15dBc，這個(gè)諧波信號(hào)與載頻信號(hào)會(huì)同時(shí)進(jìn)入功率計(jì)，而功率計(jì)并不能識(shí)別是有用信號(hào)還是諧波信號(hào)，因此這二個(gè)信號(hào)會(huì)被同時(shí)功率計(jì)讀出來(lái)并認(rèn)為是參照標(biāo)準(zhǔn)。-15dBc的諧波可能會(huì)額外產(chǎn)生3%的誤差，采用濾波器可以有效避免這一誤差。

可編程濾波器可以自動(dòng)跟蹤微波信號(hào)源的頻率，這樣大大提高了測(cè)試效率。因?yàn)轭l譜分析儀的校準(zhǔn)可能會(huì)產(chǎn)生海量的測(cè)試數(shù)據(jù)，自動(dòng)化測(cè)試手段是必需的。

三、用開(kāi)關(guān)還是功分器 ？    

采用了一個(gè)SPDT微波開(kāi)關(guān)來(lái)比較被校準(zhǔn)的頻譜分析儀和標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)的讀數(shù)。在這個(gè)位置，有人提出采用二路功率分配器，筆者認(rèn)為采用功分器時(shí)，有二個(gè)細(xì)節(jié)不能忽略：

功分器的輸出通路是二個(gè)不同的物理通路，必然存在幅度不平衡度，一個(gè)DC-18GHz的功分器的幅度不平衡點(diǎn)可能達(dá)到0.2-0.5dB；這個(gè)誤差是難以接受的；而開(kāi)關(guān)的二個(gè)輸出端是同一個(gè)物理通道，其可重復(fù)性小于0.1dB。

更容易被忽略的是這種從DC開(kāi)始的電阻型功分器的失配誤差，讓我們從圖2的原理圖來(lái)進(jìn)行討論這個(gè)問(wèn)題。