细说频谱仪那些事儿（二）频谱仪指标篇

亲们，咱们接着上篇频谱分析仪的基础知识来讲哈。

 

频谱仪做为射频微波的基础仪表，其指标是比较复杂的。主要指标有：

1.频率范围

这个就不详说了。一般来讲频率测量范围是由本振决定的，一般我们说低频频谱分析仪基本上是3G左右，高频频谱分析仪能到67GHz，经过外部倍频器后甚至能到110GHz或者更高。

2.频率分辨率

这个也是频谱仪的关键指标之一。频谱分辨率一般指的是测量信号的最小频率间隔。如何关键，参看下图：

理论上讲被测信号以谱线的形式显示在频谱仪的显示屏上，但是实际上信号是不能为一条无限窄的谱线，它有一定的宽度和形状。

1）  频谱仪的分辨率取决于中频滤波器的带宽，因此也称为频谱仪的分辨力带宽(RBW)。滤波器的带宽通常由3dB（功率）或6dB（电压）点描述，带宽越小，分辨力就越高。因此中频滤波器的3dB带宽决定了区别两个等幅度信号的最小频率间隔。

举例：

当测量F1和F1+10kHz（F2）信号时，分辨率带宽RBW设置成10kHz，与两个信号频率差别是一样的，这种情况下我们看到的是最外面的曲线，正好将两个信号分开。但不太容易分辨，只是知道是有两个信号存在。我们将RBW下调一级，变成3kHz，图中的中间那条曲线，就可以将两个信号分辨得非常清楚。但它的交调失真还是看不出来。我们再把BW进一步降低成为1kHz（实际是提高了分辨率），我们就可以更清晰地看到F1和F2，同时也看到两个失真信号。

2）由于实际滤波器不可能具有完全理想化的频谱截断特性，频谱仪的分辨率还取决于中频滤波器的矩形系数，也可以叫中频滤波器的形状因子。它通常被规定为中频滤波器60dB带宽和3dB带宽的比值。

两个幅度相差60dB的不等幅度信号的频率间隔至少是60dB带宽一半的情况下才能分辨出小信号，因此矩形系数是分辨不等幅信号的关键参数。现代频谱仪中所设计的模拟滤波器采用同步调谐式，具有4个以上的极点，幅频特性呈高斯分布，高质量的频谱仪其选择性可以达到15:1~11:1甚至更高。

3.剩余调频

频谱仪本振稳定度是影响分辨力进一步提高。本振的短期不稳定度表现为剩余调频，也就是下图中信号被加粗的原因。一般来讲，这个值肯定越低频谱仪越好。

4.相位噪声

相位噪声其实对频率分辨率也有影响：

1） 相位噪声是振荡器短时间稳定度的度量参数,尽管我们看不到频谱分析仪LO系统的实际频率抖动，但LO频率或相位不稳定的表现是可以观察到的，这就是相位噪声

2） 相位噪声通常是以一个单载波的幅度为参考，并偏移一定的频率下的单边带相位噪声。这个数值是指在1Hz带宽下的相对噪声电平，故其单位为dBc(1Hz)或dBc/Hz，c表示载波，由于相位噪声电平比载波电平低，所以定义为负值

3）  相位噪声主要影响频谱分析仪的分辨率和动态范围。

4）   相位噪声决定本振信号的线宽，决定对不同幅度的频率分量的分辨能力。

5.动态范围

动态范围是频谱仪在测量信号幅度方面的一个主要技术性能，它的定义是在给定的测量精度的条件下，频谱仪能够测量的同时存在于输入端的最大信号与最小信号之比，它表征了测量同时存在的两个信号幅度差的能力。

频谱仪动态范围的典型图：

 

这个原因是虾米呢？由于频谱仪当中有非线性器件，动态范围下限是由自然噪声或相位噪声决定的，动态范围的上限是由1dB压缩点或由频谱仪过载而造成的失真决定的。

最大动态范围通常是在最小分辨率带宽情况下，显示的噪声做为下限，1dB压缩点作为上限。如果达到第一级混频器的输入电平高出1dB压缩点，那么将产生混频器的非线性失真，使用较小的RBW时，失真产物就会明显地显示出来（他们不会被噪声淹没），此时的频谱测量就不能明确反映被测设备的真实频谱。

6.显示平均噪声电压（DANL）

频谱分析仪的一个最主要的用途是探索并测量低电平信号，频谱仪的灵敏度就是它能测量的最小信号的度量（理论上一个50Ω电阻负载的热噪声功率谱密度为-174dBm，一个理想完美的接收机将不再在热噪声功率的基础上再叠加任何噪声功率，实际上则不可能）。

显示平均噪声电平必须对应相应的分辨率带宽和衰减器设置，因为这两个指标对显示的噪声电平都有影响。典型情况下是设置衰减器为0dB和最小分辨率带宽。

7.测试精度

频谱仪的测试精度包括频率测量准确度和幅度测量准确度。

频率精度：频谱仪的本振通过锁相环同步到一个稳定的参考振荡器上，频谱分析仪的频率精度也就是参考源的精度，并且受参考源的温度和长期稳定度的影响。参考源通常采用温度补偿晶体振荡器和箱控晶体振荡器，产生的参考频率收到受到温度和操作期间老化的影响。

幅度测量精度：其误差来源主要有频率响应，衰减器误差，中频增益误差，线性误差，带宽切换误差和失配误差等。