好的頻譜儀都“長(cháng)得帥”？讀懂頻譜儀核心指標

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        頻譜分析儀是通過(guò)頻譜特征研究信號質(zhì)量的儀器，常用于測量信號頻率、功率、信號失真度、調制度和交調失真等信號參數的測量。它又可稱(chēng)為頻域示波器、諧波分析器、頻率特性分析儀或傅里葉分析儀等。相對于時(shí)域的示波器是儀器界的“物理一哥”，頻譜儀更像儀器界的“化學(xué)一哥”，它能夠透過(guò)信號變化的表象，觀(guān)察出信號的頻域本質(zhì)，在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域廣泛應用。

        選擇一款“心儀”的頻譜儀，除了頻譜范圍、分辨率帶寬這些基本參數，還有一些“性能參數”散發(fā)著(zhù)頻譜儀那優(yōu)質(zhì)的“荷爾蒙氣息”。今天就給大家簡(jiǎn)單介紹一下，頻譜儀那些“性能指標”更深的含義。

相位噪聲Phase noise

        相位噪聲是關(guān)系到頻譜儀本振穩定度的關(guān)鍵指標，直接作用于輸出信號的質(zhì)量三要素——頻率、幅度、相位。噪聲過(guò)大，影響則表現在頻譜儀的分辨率RBW做不小，測量信號功率的動(dòng)態(tài)范圍窄，而當進(jìn)行信號發(fā)射的帶內和鄰道測試時(shí)，“相噪”大會(huì )影響測試結果。

        怎么理解“相位噪聲”呢？就好比公交車(chē)站發(fā)車(chē)，由于道路堵塞影響，原本固定頻率的發(fā)車(chē)被打亂，在遠處站點(diǎn)等待的乘客就會(huì )晚點(diǎn)。

頻譜儀的相位噪聲就是類(lèi)似描述信號頻率穩定度的一個(gè)指標，如果由于噪聲的影響，偏離中心頻率很遠處也應該有該信號的功率，正如延誤1小時(shí)以上的公交一樣；偏離中心頻率很遠處的信號叫做邊帶信號，邊帶信號可能被擠到相鄰的頻率中去，正如延誤的公交班次可能擠占后來(lái)的班次，從而使固定頻率發(fā)車(chē)變得混亂。這個(gè)邊帶信號就叫做噪聲。

        如何描述相位噪聲大小呢？偏移中心頻率10kHz（一般是右邊帶）處，在1Hz帶寬內的功率與總功率之比，單位是dBc/Hz，c指相對載波carrier，噪聲信號的dB值。

顯示平均噪聲電平DANL

        顯示平均噪聲電平可以理解為頻譜儀固有熱噪聲的衡量指標。固有熱噪聲會(huì )導致信號信噪比惡化。因此，DANL決定了頻譜儀最小可檢測到的信號電平。

        就像在海面觀(guān)察一只潛水艇一樣，當潛水艇沉入海平面，就無(wú)法看到和測量它的任何特征了。

        儀表顯示的噪聲對應包絡(luò )檢波器拾取的噪聲電壓，相應的噪聲功率由接收噪聲帶寬內，對噪聲密度積分而得到，因此當設置不同分辨率帶寬時(shí)，顯示的噪聲電平也不同。

        儀表指標寫(xiě)的DANL值是在特定溫度下特定分辨率帶寬RBW和衰減ATT下給出的，所以在實(shí)際測量中，可以根據測量需要調整RBW和衰減值，獲得合適的DANL。由于顯示平均電平這一指標決定了頻譜儀的最小可檢測電平，當我們分析信噪比和小信號時(shí)，尤需注意。

電平測量不確定度

        使用頻譜儀測量電平時(shí)，會(huì )有多個(gè)因素引起測量誤差，比如：絕對電平誤差、頻率響應、線(xiàn)性誤差或顯示非線(xiàn)性、衰減器誤差、IF中頻增益誤差或參考電平設置誤差以及RBW轉換誤差。因此電平測量不確定度體現了這些誤差的綜合，給出測量結果和真實(shí)信號電平誤差范圍。就像一只木桶裝水，如果任何一處的木板較低，那么最終木桶的盛水就被拉低。

        從電平測量不確定度也可以看出頻譜儀器件的穩定性，不確定度越低，設計用的器件穩定性越高。

實(shí)時(shí)分析帶寬

        實(shí)時(shí)分析帶寬是指頻譜儀FFT頻譜分析一次分析的頻譜寬度。在軍用的跳頻電臺、雷達、RFID、藍牙等信號測試中，通過(guò)FFT分析頻譜，比掃描式頻譜儀更快，在現代無(wú)線(xiàn)通信占用帶寬更大、調制更復雜的發(fā)展中應用越來(lái)越多。

        傳統的超外差式頻譜儀在給定頻率范圍內，進(jìn)行逐點(diǎn)頻率下變頻至中頻進(jìn)行信號檢測，再將信號拼接顯示，頻譜跡線(xiàn)左端到右端的測量結果不是同一時(shí)刻得到的，而且由于處理速度匹配問(wèn)題，頻譜儀需要像未完全燃燒的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機，需要拋掉一部分吸入的汽油分子，此時(shí)相當于漏掉部分采集信號。

        實(shí)時(shí)頻譜儀就不存在這樣的問(wèn)題，FFT頻譜分析最高輸入頻率取決于采樣率，分辨率取決于采樣點(diǎn)數。選擇一款高的實(shí)時(shí)分析帶寬頻譜儀，在解析調制信號時(shí)游刃有余，避免掃描式頻譜儀產(chǎn)生的測試盲區，可以完整實(shí)時(shí)的對信號頻譜信息進(jìn)行分析。

國產(chǎn)頻譜儀在很多性能指標已經(jīng)不輸于進(jìn)口品牌，比如普源RSA5000系列的頻譜儀，擁有-108dBc/Hz的低相位噪聲，顯示平均電平以及頻率范圍指標優(yōu)于同級別多家進(jìn)口品牌。