PSA频谱分析仪测量应用

发布: 2010-10-21 00:01 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

　　精确测量信号功率电平是现代通信系统中的重要技术环节。无论是对电路子系统还是对整个通信链路进行分析时，技术指标和容限均十分重要。

　　与传统的频谱分析仪相比，Agilent高性能频谱分析仪（PSA）系列体现出多方面的技术创新——精密的平坦度校准、全数字中频（IF）部分和内部校准器，可以达到最佳的幅度精度，使测量更精确、更迅速和更方便。

PSA和Agilent8563E的幅度精度指标的比较

技术指标 PSAE4440A 8563E

绝对频率响应0～3GHz <±0.35dB <±1.8dB

对数逼真度

-20dBm或更低 <±0.07dB <±0.85dB

对数逼真度的范围不受限制离参考电平100dB

中频增益的不确定性无 <±1.0dB

分辨带宽转换

（几乎是最宽的分辨带宽） <±0.03dB <±0.5dB

校准器未作规定 <±0.3dB

校准器+对数逼真度+中频增益+分辨带宽转换 <±0.30dB 未作规定，加到2.65dB上

　　根据这个比较，可以得出PSA系列的幅度不确定性远小于8563E频谱分析仪的结论。当将PSA系列与市场上的其它频谱分析仪作比较时，这个结论也属正确。传统频谱分析仪中的某些不确定性可以在不改变参考电平或衰减器控制的条件下通过测量相对于已校参考电平和示波器标度的信号电平来加以限制或使之最小。这些步骤可以消除某些不确定性，但其余的不确定性仍远大于PSA系列的总不确定性。由于PSA系列没有许多常规的幅度不确定性，故在精确幅度测量中能为用户提供更大的灵活性。

　　典型幅度测量中测量不确定性的实例

　　下面将考察利用PSA系列和8563E进行的某些典型幅度测量，并对如何利用PSA系列来完成最佳幅度精度测量提出一些建议。

　　我们将列出应用哪些不确定性并对总误差及平方和的平方根（RSS）误差进行计算。

例１：信号功率测量（绝对测量）

测量利用10kHz分辨带宽，在-5dBm上测量900MHz连续波信号

　　重要提示 ·将使衰减器从10dB参考设置进行转换之间PSA系列的误差与由加到第一混频器上的输入信号高于-20dBm所引起的较高对数逼真度误差进行比较，较小误差由采用10dB输入衰减器设置获得。

　　对于PSA系列，无需将信号移至参考线来改善精度。只要输入衰减调到使混频器电平处于或低于-10dBm，就能将参考电平设定在仪器允许范围内的任意处。

PSA E4440A Agilent8563E

影响因素规定的不确定性（±dB）可利用的不确定性（±dB）规定的不确定性（±dB）可利用的不确定性（±dB）

校准器 0.3 0.3 0.3 0.3

参考电平 1.0 0.0(若在0dBm参考电平上进行校准和使用)

标度逼真度 0.5 0.5

分辨带宽转换 0.0(若在10kHz分辨带宽内校准)

频率响应1 0.35 0.35 1.5 1.5

总不确定性 0.65 2.3

用RSS表示的总不确定性 0.46 1.61

　　1利用10dB输入衰减。

　　2将所有误差项相加来确定测量的总不确定性是一种十分保守的方法。合并不确定性的更真实方法是平方和的平方根（RSS）法。在幅度测量中，RSS不确定性是基于大部分误差彼此无关这一事实。由于误差独立无关，故按RSS方式合并个别不确定性是合理的。

　　求RSS不确定性要求各个不确定性用相同单位表示。通常，不确定性由分贝(dB)表示：

RSS=[e12+e22+e23+……]1/2

式中，RSS,e1,e2,e3……均以dB为单位。

　　例2：不同频带内利用Δ标记的相对测量（相对测量）

测量 10GHz基频信号及其20GHz二次谐波。

重要提示 ·一般而言，最好是对两个信号采用相同的输入衰减器设置和分辨带设置。用这种方法，与输入衰减转换不确定性和分辨带宽转换不确定性相联系的不确定性不会影响测量。

PSA E4440A Agilent8563E

影响因素规定的不确定性（±dB）可利用的不确定性（±dB）规定的不确定性（±dB）可利用的不确定性（±dB）

频率响应（在10GHz处） 2.0dB（绝对不确定性） 2.0dB 2.5dB（相对不确定性）2 2.5dB

频率响应（在20GHz处） 2.0dB 2.0dB 3.0dB（相对不确定性）2 3.0dB

频带转换不适用 0 1.0dB2 1.0dB

对数逼真度 0.071 0.07 0.85dBmax(在90dB范围内) 0.85dBmax

总不确定性 4.07 6.55dB

用RSS表示的总不确定性 2.83 4.12dB

1调节衰减器，使混频器上的信号电平低于-20dBm。

2可以采用相对于绝对校准器的频率响应，而在这种情况下频带转换将不适用。

例3：三阶截获测量（相对测量）

测量对相隔50kHz、三阶失真为-80dBc的两个2GHz信号进行测量。

重要提示 ·为使PSA系列获得最佳失真分量，馈至第一混频器的输入信号电平应为：1/3*（2*TOI+DANL）。请参考PSA系列的技术指标。

·对于与同一频率很接近的信号，可以不考虑频率响应。

PSA E4440A Agilent8563E

影响因素规定的不确定性（±dB）可利用的不确定性（±dB）规定的不确定性（±dB）可利用的不确定性（±dB）

对数逼真度0.071 0.07 0.85dBmax（在90dB范围内） 0.85dBmax

总不确定性 0.07 0.85dB

用RSS*表示的总不确定性 0.85dB

1调节衰减器，使混频器上的信号电平低于-20dBm

例4：失配测量误差和测量不确定性

测量利用PSAE4440A在不同的输入衰减设置下测量某个信号

　　测量提示·对于所有频谱分析仪，为了获得最精确的幅度测量，需要某种输入衰减（使阻抗匹配最佳）。
失配误差是由信号源输出阻抗与负载输入阻抗不相同所引起的。在频谱分析仪测量中，被测件（DUT）输出阻抗与频谱分析仪输入阻抗的不完善性都可能引起失配误差。

完整的功率传递函数为：

PL/PS=（1-ρＳ2）(1-ρＬ2)/(1±ρLρS)2 (1)

10log(PL/PS)=10log(1-ρs^2)+10log(1-ρL^2)-20log(1±ρSρL) (2)

方程（2）中，前两项决定了由反射系数引起的预期功率损失。第三项是失配不确定性。实际功率传递可能落在由第三项中正负号所表示的两个极值中间的任何处。

下面两个表列出利用PSA系列对一个电压驻波比（VSWR）为1.4∶1的被测件在不同的输出衰减器设置下进行测量的计算结果。

VSWR ρ VSWR ρ

输入衰减<10dB 输入衰减≥10dB

DUT输入端口 1.4∶1 0.167 1.4∶1 0.167

PSA50MHz～3GHz 2.3∶1 0.394 1.2∶1 0.091

输入衰减器设置输入衰减量0<10dB 输入衰减量≥10dB

测量误差（dB） <0.855 -0.159

测量不确定性（±dB） -0.591/+0.533 -0.133/+0.131

总误差范围（dB） -0.264/-1.408 -0.026/-0.29

失配误差和不确定性适用于供幅度测量用的所有仪器，如功率计和频谱分析仪。

　　结束语

　　PSA系列频谱分析仪中采用的新技术极大地改善了许多信号测量的幅度精度。最常见的幅度精度误差已被消除或减小，而使用的方便性和灵活性也获得了改善。■

摘自《电子产品世界》