利用頻譜分析來限制RF功率和寄生噪聲輻射

　　摘要：射頻功率的頻域測量是利用頻譜和矢量信號分析儀所進行的zui基本的測量。這類系統必須符合有關標準對功率傳輸和寄生噪聲輻射的限制，還要配有合適的測量技術來避免誤差。
　　
　　像頻率范圍、中心頻率、分辨帶寬(RBW)和測量時間這些有關頻率的關鍵控制都會影響測量結果。
　　
　　頻率范圍指的是分析儀所能捕獲的總頻譜分量，而中心頻率相當于頻率范圍的中心。應該注意像頻率范圍這類頻率控制決定了儀器前面板上的頻率范圍。另一方面，根據頻率范圍的大小不同，FFT信號分析儀有兩個截然不同的采集模式。
　　
　　儀器中高達RBW的頻率范圍的實現方式是：對一段頻率進行下變頻，然后對下變頻信號進行數字化。而對于超出RBW的頻率范圍，按順序對頻譜段進行變頻和數字化。RBW控制頻率軸上的頻率分辨率。在傳統的分析儀中，利用一個窄帶濾波器來掃描頻率范圍來實現頻譜顯示。濾波器帶寬決定了頻率軸上的分辨率，因此也是控制的標志。
　　
　　與此同時，采用FFT的分析儀沒有模擬濾波器，而是采用FFT和相關的窗口參數(windowingparameter)來確定頻率分辨率或者RBW。與傳統的頻譜分析儀不一樣，目前的采用FFT的分析儀可以選擇窗口來限制頻譜泄漏并改善頻域中間隔較小頻段的分辨率。那些對FFT分析儀以及FFT熟悉的人們也許會問，RBW頻率分辨率與FFT的抽頭的寬度是什么關系？表1顯示了在新型的RF信號分析儀中RBW頻率分辨率參數(規定在3dB和6dB處的RBW分辨率)與FFT抽頭寬度的關系。　　　　
　　采用FFT的分析儀具有窗口選擇，用來限制頻譜泄漏并改善頻域中間隔較小頻譜的分辨率。而傳統的頻譜分析儀則沒有這一功能。傳統掃描式分析儀的測量時間(或掃描時間)與RBW的平方成反比，這是由模擬濾波器的建立時間確定的。如果要通過降低RBW來改善頻率分辨率，則掃描時間要呈指數增加。
　　
　　相反，隨著RBW的降低，FFT信號分析儀所進行的采集更長，運算量也更大。隨著DSP器件速度的加快，測量速度更快，從而實現更高的分辨率或更窄的RBW測量。　　　　
　　幅度設置
　　
　　不同的幅度控制也會影響測量結果，這些包括參考電平(reflevel)，衰減器設置和檢測模式。參考電平設置了頻譜分析儀的zui大輸入范圍。它控制Y軸，這一點與示波器上的“volts/div”相似，必須將其設置到剛剛大于所期望的zui大功率測量值。
　　
　　*參考電平的取值要使得zui小的儀器失真(使輸入信號飽和的非常低的參考電平導致)和zui小的噪聲基底(參考電平過高，減小了儀器的靈敏度和動態范圍而導致)取得平衡。有時候，設置一個低參考電平對于寬帶噪聲測量是有好處的，盡管產生一些儀器失真。當能夠認可失真時，這樣做會改善儀器的靈敏度，并且保證在測量中將其排除在外。
　　
　　衰減器設置控制也決定儀器的輸入范圍。該設置通常被設置到自動模式，軟件根據參考電平來調整衰減器的值。
　　
　　在固件中，頻譜分析儀將顯示器的Y軸與參考電平或衰減器聯動在一起。虛擬儀器則沒有限制，如果需要時，顯示器的Y軸可以與這些控制相脫離。該功能可以實現頻譜的可視化縮放，而不影響儀器的幅度設置。注意，參考電平和衰減器設置都影響可編程衰減器，故只需設置其中的一個即可。
　　
　　檢測模式是另一種幅度控制方式，可用于傳統的掃描頻譜分析儀，但不能用于基于FFT的分析儀。可分為普通、峰值、采樣或負峰值等模式，具體檢測模式決定了頻譜分析儀如何減
　　
　　少頻譜信息的，或者說如何壓縮頻譜信息。
　　
　　另外它還影響總的功率測量。當頻譜數據點超過頻譜分析儀所能顯示的點數時，分析儀將從數據減少策略中獲益。這將使檢測模式改變功率測量。　　　　
　　影響精度的因素
　　
　　頻譜分析儀采用起始和終止頻率之間的頻率掃描。一個模擬斜坡信號產生該頻率掃描信號，而起始頻率由來自高精度的時間基準信號合成。于是，測量精度由模擬斜坡信號和IF濾波器的中心頻率所決定。
　　
　　基于FFT的分析儀，沒有這樣的模擬斜坡信號，故沒有這些因素的限制，從而在整個測量范圍內具有一致的精度。范圍內的精度則取決于時基和測量算法，故可以比較容易地獲得頻率精度和重復性。
　　
　　在傳統型掃描分析儀中，頻率誤差的原因包括基準頻率誤差，頻率范圍精度(范圍的5%)和RBW(RBW的15%)。相應地，在基于FFT的分析儀中的頻率誤差則包括基準頻率誤差和RBW，具體取決于測量算法，變化范圍為RBW的>50%到<10%之間。
　　
　　為了比較這些誤差，就必須忽略基準頻率誤差，這是因為可以使用一個像銣時鐘這類的精密頻率源來對其進行補償。在掃頻式頻譜分析儀中，當頻率范圍大于50kHz以及RBW設置超過1kHz時，測量性能將受到影響，除非采用*化的技術，例如將100MHz的頻率放置到頻率范圍的中心。
　　
　　如果采用較小的RBW，意味著測試時間的拉長，這是因為掃描時間的問題，因為通常的頻譜分析儀中需要150-200ms的掃描時間。測量算法限定了基于FFT的分析儀的測量精度。例如，*的光譜測量分析工具包中采用了內插技術，可實現比RBW能夠實現的更高分辨率，就像上述的例子中，RBW設置到2kHz將會保證更高的精度。
　　
　　基于FFT的分析儀采用可以實現測量的高RBW設置，即便是沒有利用精度優化的測量技術。這意味著在相同的測試時間內可以實現更快和更精密的測量。信號分析儀能夠執行長度小于20ms的測試樣本，這比頻譜分析儀高6倍。
　　
　　除非采用了合適的測量設置，否則即便是對于同一臺測試儀器，也會導致的測量結果很大變化。因此，深入理解工作原理對正確地設置測量儀器來說是至關重要的。