如何简化频谱分析仪校准的复杂性 96270A 杨胜利 高级技术支持工程师 美国福禄克公司计量校准部 13910526912 010 57351383 victor.yang@flukecal.com 96040A 1
主要内容 频谱分析仪的校准既复杂又费时 96000 系列频谱分析仪校准标准主要性能 用 96000 系列简化频谱分析仪的校准 2
信号与频谱分析基本概念 幅度 ( 功率 ) 时域 vs. 频域 时域 频域 3
频谱分析仪在频域测试中应用非常广泛 频谱分析仪是多用途的频域测量仪器, 广泛应用在通信领域, 可 再现信号的频谱, 测量信号的失真 分析调制信号, 如分析邻信道泄露比 ACLR 等 4
频谱分析仪是射频主要校准负荷 射频仪器校准负荷有三类主要设备 : 测量仪器 信号源 包含测量功能和信号源的仪器, 例如通讯测试仪, 网络分析仪等 进一步分析 : >50% 校准负载需要信号源 频谱分析仪为这类主要类型, 校准需要信号源 射频校准的负载 20% - 30% 是频谱分析仪, 比较复杂, 校准费时 功率计也是比较主要的校准负载 大于 50% 校准负载需要信号源 20% - 30% 频谱分析仪校准负载是频谱分析仪 5
传统频谱分析仪原理结构 衰减器 混频器 IF 中频增益 IF 中频 滤波器 检波 / 对数 放大器 视频滤波器 A A A (RBW) (VBW) 本振扫描发生器显示 超外差式结构, 本地扫频 衰减器 / 中放 / 参考电平耦合显示标尺 光标测量, 轨迹存储, 数字接口
超外差结构的频率变换关系 超外差式结构, 一般 f s = f LO - f IF, 中频固定, 信号与本振的差等于 中频时, 通过检波器在显示器上产生图像 扫描发生器既控制本振扫描, 又控制显示器的水平偏转
新型频谱分析仪原理结构 衰减器 预选器 混频器 中频增益 中频 滤波器 对数放大器 / 检波器 视频滤波器 (RBW) (VBW) 本振 ADC 处理器 数字中频, 更快扫描速度 控制器 ADC 存储, 快速 FFT 变换 数字检波器采集 10MHz 频率 显示 参考
国外频谱分析仪一般校准的参数 福禄克分析了 5 个厂家 15 种型号的校准要求, 发现有近 80 项测试 Common 20 tests performed on >70% of models in study 研究发现,70% 型号仅执行常用的 20 项测试 In general, common tests are: 一般常进行的测试项目有 : Frequency Accuracy 频率准确度 Level Accuracy 幅值准确度 Frequency Response 频率响应 Attenuator Response 衰减器响应 Display Linearity 显示线性度 Displayed Average Noise Level 显示平均噪声电平 Frequency Span per division 每格扫频宽度 Resolution Bandwidth Selectivity 分辨力带宽选择性 Resolution Bandwidth Switching Accuracy 分辨力带宽转换准确度 Sweep Time Accuracy 扫描时间准确度 IF Image Response 中频响应 Noise Sidebands 噪声边带 Residual FM 剩余调频 Residual & Spurious Responses 剩余杂波响应 Harmonic Distortion 谐波失真 3rd order Intercept (TOI) 三阶交调 Tracking generator tests 跟踪信号发生器测试
国内频谱分析仪校准规范 JJF1396-2013 要求 编号 JJF1396-2013 校准项目表 编号 JJF1396-2013 校准项目表 1 外观及工作正常性检查 11 输入衰减器转换影响 2 参考频率 12 分辨力带宽转换影响 3 校准信号电平 有校准输出端口 13 显示平均噪声电平 无校准输出端口 14 剩余响应 4 频率读数 15 镜像响应 5 扫频宽度 16 扫描时间 3dB 分辨力带宽 17 绝对精度 6 分辨力带宽 60dB 带宽的校准 18 输入频响 带宽选择性 19 二次谐波失真 7 噪声边带 20 三阶交调失真 8 剩余调频 21 增益压缩 9 垂直显示刻度 对数刻度 22 输入电压驻波比线性刻度 23 频率计数 10 参考电平 24 功率带宽
频谱分析仪校准系统价格昂贵 频谱分析仪校准系统需要很多不同的仪器设备, 需要提供全部的功能和相应的性能 所有这些仪器都是通用测试仪器, 而不是专门的校准设备 系统中的仪器有 : 示波器射频及微波计数器数字表信号发生器功率计测量接收机频谱分析仪音频分析仪幅值发生器函数发生器 典型成本 : $250k+ 只有那些大型校准实验室能够配备如此复杂的系统 11
频谱分析仪校准方法 既复杂又费时 频谱分析仪校准过程复杂, 费时 例如 : 安捷伦关于 ESA 系列频谱分析仪校准导则有 640 页 典型校准时间需要几小时 根据仪器类型和功能不同, 有的要超过 1 天 通用的信号源准确度不够, 因此需要额外设备去满足进度要求 UUT -10 dbm ( 此处未考虑驻波比 VSWR) 射频参考面 有些实验室实现了自动校准, 很多用手动 需要在几种设置中不断变换 校准用到的仪器多, 设置 连接步骤要求严格 即使是自动的校准系统, 也需要许多人工干预, 更换连接 设为 -1 dbm 12
频谱分析仪校准方法 计算复杂 频谱分析仪校准需要考虑信号插损影响, 这需要额外的时间, 容易引入人为误差 = 信号插损 UUT -10 dbm ( 此处未考虑驻波比 VSWR) 射频参考面 校准需要计算修正因子, 不确定度计算复杂 插损 为了把正确的功率电平传递给被检设备, 图例说明了由于衰减器和驻波效应还有其他需要补偿的设备特性引入的信号插损所引起的测量误差的区域, 在进行这些修正时, 有些被检设备需要特别小心地维护和使用 在这个例子中, 功分器会引入 6dB 的信号插损, 电缆也有几个 db 的插损, 这意味着信号源必须设置输出比在被检设备端要求的电平更高的信号 也必须考虑功分器的循迹误差 ( 输出端头差异 ) 设为 -1 dbm 插损 插损和跟踪误差 参考功率传感器的校准系数 ( 频率响应 ) 的修正也必须考虑 13
有奖问答 1 问题 : 超外差式频谱分析仪中本振频率和中频滤波器频率, 哪项参数是固定的? 14
主要内容 频谱分析仪的校准既复杂又费时 96000 系列频谱分析仪校准标准主要性能 用 96000 系列简化频谱分析仪的校准 15
频谱分析仪校准不再是难事! 2014 年 7 月正式发布 96000 系列射频参考标准! 16
96270A 性能 Fluke 射频参考标准对性能 功能性 信号传递和测量能力多个方面进行的特有集成, 是其他信号源完全不具备的 精密信号电平和衰减 高纯度信号和低失真调制 低相位噪声和抖动 集成功率计读数 集成 300MHz 频率计 面向校准的用户界面和功能性 所设即所得, 准确传递所需信号至 UUT 端, 频率高达 27GHz LL 低电平微波输出选件 ( 前面板从 -4dBm 到 -100 dbm, 具有 HF 高频稳幅选件 ) 多种早期信号源和 9640A 系列的仿真模式 可在前面板微波输出端或传感器 / 功分器 (HF 高频稳幅选件 ) 进行自我标定 标定文件可通过 USB 或 GPIB 保存或装入 专门设计用来进行频谱分析仪校准应用, 但对于通用用途应用也是非常理想, 因为它具有电平和衰减高精度 频谱纯度高精度和抖动低的特点, 频率分辨力 动态范围 调制等性能也都要比其他高性能信号源的指标还要理想 17
96040A 性能 96040A 的功能和性能与 9640A-LPNX 等价 代替 4GHz 9640A-STD 和 9640A-LPNX 型号 保留低频段低价型号产品 代替旧型号的 HP3335, HP8662/3A 具有 HP3335A 和 HP8662/A GPIB 仿真功能 比 9640A-LPNX 的相位噪声指标还要好 相当于市场上最好的低相位噪声信号源 (Agilent E8663 和 E8257D 选件 UNY) 升级为 96270A 从 9640A-STD, 9640A-LPN & 9640A-LPNX 都可以升级到 96270A 96040A 4GHz 射频参考标准 18
96270A 主机 选件和附件 1GHz 相位噪声滤波器附件安装于 96270A 主机 96270A 主机提供 4GHz 50Ω 有源信号头. 75Ω 4GHz 有源信号头为选件 低电平微波输出步进衰减选件须在工厂安装于 96270A 主机 高频稳幅选件 (R&S NRP-Z55.03 power sensor, Agilent 11667B power splitter). 为输出至 UUT 的信号指示参考值 96000 连接器选件 附加的一个功率传感器选件, 与高频稳幅选件中的功率传感器相同 高频稳幅选件安装在 96270A 主机 19
96270A 前面板的输入端 / 输出端 微波输出插孔 (2.92mm ) 有源信号头连接 功率传感器输入端 前面板的输入端 / 输出端 : 有源信号头信号和控制连接 4GHz l 微波输出 : 直接输出或者用功分器和功率传感器联合控制输出 功率传感器, 福禄克提供的 R&S NRP-Z55.03 系列和 R&S NRP-Z 系列传感器 51, 52, 55.04, 56, 57 和 58. U 盘接口用于传输数据 USB Port 20
后面板的连接端 序号 说明 序号 说明 1 参考频率输出 7 工厂设置开关 2 参考频率输入 8 风扇和风扇盖 r 3 50MHz 频率计输入端 (96040A 不配 ). 9 电源 电源开关 保险丝 4 调制信号输入 ( 96040A 50MHz 频率计输入端 ). 10 接地 ( 机壳 ) 连接器 5 触发输入端 / 输出端 11 串行口 ( 固件升级用 ) 6 校准开关 12 IEEE 488 连接器 21
96000 系列产品 替代众多的仪器 微波信号发生器 低频信号发生器 用一台仪器至少替代 4 个 (96270A 为 5 个 ) 信号发生器, 多传感器的功率计, 步进衰减器, 频率计 96040A 达 4GHz, 96270A 达 27GHz 使用简单, 价格低 只需维护校准一台仪器 稳幅正弦波发生器 低噪声信号发生器 ( 低频偏 ) 低噪声信号发生器 ( 高频偏 ) 功率计 4GHz 以内的信号由有源信号头输出 幅值准确的信号直接输出到 UUT 输入端 可覆盖 >80% 典型频谱分析仪的测试点 连接少, 减少校准的复杂性, 减少操作者失误的可能性 减少测量误差项目, 简化不确定度分析 50Ω 为标准输出,75Ω 为选件 步进衰减器 频率计 96270A 微波输出达 27GHz 用 HF 稳幅选件可以保证至 UUT 输入端信号的准确度 低值稳幅选件保证低幅值信号的准确度 22
96270A 的优点 信号源 / 功率计 / 频率计三合一, 一台仪器满足大多数频谱分析仪校准所需 集成双功率计读数 300MHz 频率计 超低相位噪声, 超准电平输出 精密信号电平和衰减 高纯度信号和低失真调制 低相位噪声和抖动 LL 低电平微波输出选件 ( 前面板从 -4dBm 到 -100 dbm, 具有 HF 高频稳幅选件 ) 独有 自我标定 功能, 简化校准过程 所设即所得 确保所需信号直接在 UUT 输入端精准建立 配合 9500B 进行 27GHz 以下示波器校准 利用 MET/CAL 和 MET/TEAMTM 软件, 进行自动校准和资产管理 MET/CAL 自动校准 : 96270A 和 96040A 的 FSC( 功能选择代码 ) 都已完备 用 96270A/96040A 有源信号头直接仿真功能直接运行 9640A 的 MET/CAL 程序 Agilent E4440 PSA 27GHz 高性能频谱分析仪程序很快发布, 用户可以参照它编写新程序覆盖更多频谱分析仪 23
96270A 用途广泛 作为校准标准, 可以覆盖宽广范围的设备, 包括 : 频谱分析仪, 包括高端型号, 像 Agilent E444x PSA 和 Rohde & Schwarz FSU 系列等型号 功率传感器, 包括宽动态范围和热电类型, 像 HP478, Agilent 848X, E441XX 和 E93XX, Rohde & Schwarz NRVZ 和 NRP3, 和 TEGAM M11XX 和 F11XX 系列等设备 高频示波器, 超过 6.4GHz 带宽 射频毫伏表, 信号电平表, 调制度分析仪, 接收机, 频率计 / 计数器, 有源和无源射频组件等 也可作为通用信号源 具有电平和衰减准确 频谱纯度高 抖动低的特点, 频率分辨力 动态范围 调制等性能也都要比其他高性能信号源的指标还要理想 24
96270A 独有的自我标定功能 一项真正独特的能力, 使用其他信号源无法实现 : 特别为校准设计, 自动测量信号传输路径的信号插损并予以补偿, 使得用户在 96270A 上设置的功率电平就是在射频参考面上所需要的电平! 所设即所得 性能 消除乏味的修正因子的计算 简化使用, 增加产出, 减少操作错误 替换多种传统射频和微波校准系统使用的通用仪器 参考传感器 参考面 在前面板微波输出端自我标定 参考传感器 参考面 在微波电缆输出端自我标定 自我标定的高频稳幅套件 ( 功分器 / 传感器 ) 输出 25
96000A 仪器结构 有源信号头 1mHz - 20kHz: 波形表和数模转换器 20kHz - 9MHz: 高分辨率直接数字频率合成器 DDS 9MHz - 4GHz: 锁相环 PLL, 频率转换除法器 多个输出放大器 覆盖整个频率范围 控制板, 包括信号头 校准存储内存 滤波器大大降低谐波分量 射频板包含 电平感应和衰减器 10MHz 晶振 按 10dB 步长, 提供 60dB 衰减 频率合成器 和除法器 电平 控制 放大器 滤波器 输出 衰减器 电平 感应 衰减器 有源信号头 浮点 PSU 主机单元 额外低电平 输出衰减器 DDS 调频信号发生器 电平控制电路 也产生调幅输出 26
96040A & 96270A 4GHz 有源信号头 频率范围 电平范围 幅值分辨力 总不确定度 平坦度 衰减不确定度 10 Hz 至 128 MHz VSWR 1mHz 至 4GHz -130 dbm 到 +24 dbm (0.2 uv 至 10 V pk-pk) >125 MHz: +20 dbm >1.4 GHz: +14 dbm 0.001dB 输出 >-17dBm: 10Hz-100kHz 0.03dB 100kHz-128MHz 0.05dB 128MHz-50MHz 0.07dB 50MHz-1.4GHz 0.2dB 1.4GHz-4GHz 0.3dB 100kHz 输出幅值 >-17dBm: 10Hz-100kHz 0.03dB 100kHz-128MHz 0.04dB 128MHz-50MHz 0.06dB 50MHz-1.4GHz 0.2dB 1.4GHz-4GHz 0.3dB 相对于 +16 dbm output: +10dBm 输出 : 0-55 db 0.025 db 0-49 db 0.02 db 55-64 db 0.03 db 49-59 db 0.03 db 64-74 db 0.05 db 59-69 db 0.05 db 74-100 db 0.07 db 69-94 db 0.07 db 100-116 db 0.15 db 94-110 db 0.15 db 100 MHz: 1.05, 2 GHz: 1.10, 2 GHz 到 4 GHz: 1.10 + 0.05xf (GHz) 新 96040A-50 信号头有更好的 VSWR 驻波比性能 与 9640A-LPNX 大致相同, 更好的 VSWR 性能 96040A 和 96270A 主机都使用 96040A-50/75 4GHz 有源信号头 27
关键技术指标 : 96040A & 96270A 4GHz 有源信号头输出 28
仪器结构 微波输出 参考面 1mHz - 20kHz: 波形表和数模转换器 20kHz - 9MHz: 高分辨率直接数字频率合成器 DDS 9MHz - 4GHz: 锁相环 PLL, 频率转换除法器 多个输出放大器覆盖整个频率范围 滤波器大大降低谐波分量 10MHz 晶振 可选低电平微波输出衰减器 频率合成器 和除法器 电平 控制 放大器 滤波器 步进 衰减器 电平 感应 功分器 浮点 PSU 数字 控制 主机单元 功率 传感器 DDS 调频信号发生器 内部电平控制电路 也产生调幅输出 数字电平反馈 29
关键技术指标 : 96270A 微波直接输出 指标适用于前面板的微波输出连接器 通常来说其准确度并不是非常重要, 主要用途是给高准确度的功分器 / 传感器提供信号输入 30
关键技术指标 : 96270A 微波功分器 / 传感器 通用指标 指标适用于功分器输出端 此表提供通用信息, 包括电平范围, 不确定度指标在后续三张表中 31
96270A 功分器 / 功率传感器的功率平坦度 指标定义在功分器输出, 用于频谱分析仪校准等应用 最重要的应用, 校准频谱分析仪 功率传感器等其他测量 用功率平坦度不确定度表示,dB 指标按 UUT 的 VSWR 1.0 报告 用户可以根据 UUT 的 VSWR 添加不确定度 性能由高频稳幅选件的功率传感器和功分器决定 如果不补偿, 功率传感器的跟踪误差会贡献 某些宽指标的 UUT 中 / 低频段可能不需修正功分器跟踪误差 在 Agilent 11667B 功分器指标清单上有功分器跟踪误差 自我标定能补偿功分器跟踪误差 性能取决于参考 ( 修正 ) 传感器校准不确定度 给出的指标认为执行自我标定并使用修正文件 Profile 如果使用传感器作参考做自我标定, 按厂家 (R&S) 标准的校准, 给出指标 32
96270A 功分器 / 功率传感器的校准系数不确定度 指标定义在功分器输出, 用于功率传感器校准等应用 重要的应用! 以功率传感器的校准系数不确定度表示 实际就是传感器的频响, 表示为 % 功率 性能由高频稳幅选件的功率传感器和功分器决定 如果不补偿, 功率传感器的跟踪误差会贡献不确定度 自我标定补偿功分器的跟踪误差 性能取决于参考 ( 修正 ) 传感器校准不确定度 给出的指标认为执行自我标定并使用修正文件 Profile 如果使用传感器作参考做自我标定, 按厂家 (R&S) 标准的校准, 指标按点频率给出 执行功率传感器校准, 修正文件 Profiles 功能可以使失配误差 (Gamma) 快速容易地修正 高端用户需要相关的知识和设备 如果使用传感器作参考做自我标定, 按有关国家计量院 (UK NPL) 出具的更低不确定度, 具有功分器输出与 UUT 输入不匹配的矢量修正 (Gamma), 指标按点频率给出 标量修正施加于功分器输出 参考功率传感器和 UUT 功率传感器输入的矢量匹配特性, 用户通过 VNA ( 矢量分析仪 ) 在需要的频率测量, 计算出的匹配 (Gamma) 修正值用于改变自我标定过程产生的修正文件, 修正文件可以输出到 U 盘, 并输入到 96270A 在校准 UUT 传感器时使用 33
96000A 相位噪声指标优异 1GHz 相位噪声滤波器安装在 96270A 主机 34
96040A & 96270A 相位噪声 指标适用于有源信号头和微波输出 表中给至 4GHz 的保证指标和典型指标 高于 4GHz 仅给出典型指标,100MHz 偏移仅给出典型指标 35
有奖问答 2 问题 : 新型射频校准标准 96270A 中有哪些非常优异的性能, 请至少列举出 2 种以上? 36
主要内容 频谱分析仪的校准既复杂又费时 96000 系列频谱分析仪校准标准主要性能 用 96000 系列简化频谱分析仪的校准 37
典型型号频谱分析仪校准频率 / 电平要求 分析 26GHz 频谱分析仪厂家公布的校准程序 例如 :Agilent ESA 系列频谱分析仪的校准程序有 640 页下表总结各项测试包括频率和幅度的测试, 约有 400 个测试点 大多数测试在低频进行,80%<3GHz 这个例子, 也适合其他厂家产品型号 E4407B 26 GHz 校准测试 测试信号频率范围 只需低频测试 需要高频测试 信号幅度范围 扫频准确度 300MHz 到 1.5GHz 0dBm 频率读数计准确度 1.5GHz 到 21GHz -10dBm 电平准确度 50MHz -80dBm 到 0dBm 频率响应 9kHz 到 26.5GHz -10dBm 衰减器转换准确度 50MHz -65dBm 到 0dBm 显示线性度 50MHz -98dBm 到 0dBm 显示平均噪声电平 10MHz 到 26.5GHz 不需要输入信号 分辨力带宽准确度 50MHz -8dBm 到 -5dBm 分辨力带宽选择性 50MHz -68dBm 到 -5dBm 分辨力带宽转换准确度 50MHz -20dBm 扫描时间准确度 500MHz -10dBm 杂波响应 2GHz 到 21.6GHz -10dBm 噪声边带 1GHz 0dBm 剩余调频 1GHz -10dBm 谐波失真 300MHz 到 3.1GHz -10dBm 三阶交调和增益压缩 * 2 个信号 f 1MHz, 50MHz 到 14GHz -40dBm, -10 dbm & -5dBm to 0dBm 38
频谱分析仪校准通常测试设置 显示平均噪声电平 剩余响应 频率准确度 分辨力带宽准确度 滤波器形状 分辨力带宽转换 显示线性度 衰减器准确度 镜像 / 杂波响应 噪声边带 相位噪声 剩余调频 谐波 电平准确度 频率响应 显示线性度 衰减器准确度 三阶交调 增益压缩 扫描时间准确度 许多测试需要如上类似的分组设置 设置大体上相似, 但在内部连接时有细微差别, 并且需要在多个信号源间切换 39
用 96000 系列降低复杂性, 优化测试顺序 用一台设备满足关键要求, 大多数测试点 (>80%) 和测试时间是通过一个单独连接进行 显示平均噪声电平 剩余响应 简化 50Ω 端接无输入的替换方案 : 把 96270A 输出设置为关闭 频率准确度 电平准确度 分辨力带宽准确度 频率响应 滤波器形状 分辨力带宽转换 显示线性 衰减准确度 谐波 镜像 / 杂波响应 噪声边带 相位噪声 扫描时间准确度 96270A 有源信号头, 输出 4GHz 三阶交调 增益压缩 许多实验室选择忽略这些测试 如果测试的话, 使用额外的信号源 基于测试频率选择 96270A 输出 高频响应 高频扫宽准确度 96270A 微波功分器 / 功率传感器输出, 输出 > 4GHz 其他一些很快可以执行的测试可以安排在程序的开始或结束之前进行, 在在自动校准程序中最大化 走开 时间 40
专门设计的射频参考标准带来的好处 典型 26GHz 频谱分析仪校准程序需要 27 种测试设置 利用 6 种不同信号源 多种其他项目和附件 替代方案 : 采用专门设计的射频参考标准 针对 26GHz 频谱分析仪的校准,27 种测试设置减少到 4 种, 降低 85% 复杂性 大多数测试可由一台设备满足 自动校准系统操作者干预显著降低,2 小时程序执行有 90 分钟可走开时间 自动校准系统的能力提高了 25% 操作者效率极大提高, 增加 60% Fluke 96270A 27GHz 射频参考标准 41
使用 96000A 系列校准频谱分析仪更简便 编号 JJF1396-2013 校准项目表 校准所需标准 频谱分析仪自身 96000A 系列 1 外观及工作正常性检查 2 参考频率 备注 有校准输出端口 需要低通滤波器 3 校准信号电平无需额外功分器 无校准输出端口 功率计 4 频率读数 无需额外频率计 5 扫频宽度 无需额外功分器 功率计 3dB 分辨力带宽 6 分辨力带宽 60dB 带宽的校准 带宽选择性 7 噪声边带 8 剩余调频 9 垂直显示刻度 对数刻度 线性刻度 10 参考电平 11 输入衰减器转换影响 无需额外低噪信号源 无需额外步进衰减器
使用 96000A 系列校准频谱分析仪更简便 编号 JJF1396-2013 校准项目表 校准所需标准 频谱分析仪自身 96000A 系列 备注 12 分辨力带宽转换影响 13 显示平均噪声电平 14 剩余响应 16 扫描时间 无需额外函数发生器 17 绝对精度 15 镜像响应 无需额外功分器 18 输入频响 功率计 19 二次谐波失真 无需低通滤波器 20 三阶交调失真 需要两台 96000A 和定向耦合器, 无需低通 21 增益压缩 滤波器和功率计 22 输入电压驻波比 需要网络分析仪 23 频率计数 24 功率带宽
应用举例 #1 使用 SINE 正弦功能和有源信号头校准频谱分析仪 : 适合在 <4GHz 频段, 所有需要准确电平或衰减的宽范围测试 适合所有需要高纯度信号 ( 低谐波和杂波 ) 低相位噪声 低抖动的测试 适合在 <4GHz 频段所有需要高准确度 高分辨力频率的测试 适合在任何需要额外频率计的测试 适合在任何需要额外函数发生器的测试 测试线性度 参考电平和绝对电平准确度 衰减准确度 RBW 滤波器带宽和形状 RBW 切换 相位噪声 噪声边带 中心频率和扫频宽度准确度 二次谐波失真 杂波 参考频率 扫描时间等 44
分辨力带宽 RBW-- 3dB 衰减器 混频器 IF 中频增益 IF 中频 滤波器 检波 / 对数 放大器 视频滤波器 (RBW) (VBW) 本振扫描发生器显示 中频滤波器的 3dB 带宽称为分辨力带宽 RBW, 反映中频滤波器的带宽和频率的分辨力 RBW 显示
分辨力带宽 RBW-- 3dB 带宽 在不同分辨力带宽, 按输入信号中心频率 -3dB 左裙边读数和 -3dB 右裙边读数, 计算 3dB 分辨力带宽 扫频宽度设置为 10Hz, 30Hz, 100Hz, 300Hz, 1kHz, 3kHz, 10kHz, 合成信号源信号输出信号输入 可以用 96270A 和 96040A 频谱分析仪
RBW 滤波器的形状因子 -- 60dB 带宽 衰减器 混频器 IF 中频增益 IF 中频 滤波器 检波 / 对数 放大器 视频滤波器 (RBW) (VBW) 本振扫描发生器显示 分辨力带宽选择性是测量两个不同幅度信号时的重要指标, 等于中频滤波器的 60dB 带宽和 3dB 带宽的比值 模拟滤波器选择线典型值是 11~15:1, 而数字滤波器可达到 3~4:1
RBW 滤波器的形状因子 -- 60dB 在不同分辨力带宽, 按输入信号中心频率 -60dB 左裙边读数和 -60dB 右裙边读数, 计算 60dB 分辨力带宽 扫频宽度设置为 10Hz, 30Hz, 100Hz, 300Hz, 1kHz, 3kHz, 10kHz, 选择性 =60dB 带宽 /3dB 带宽 合成信号源信号输出信号输入 可以用 96270A 和 96040A 频谱分析仪
分辨力带宽转换对幅度测量的影响 以分辨力带宽 50MHz 的读出电平为参考, 测试当滤波器带宽设置变化时, 增益是否保持不变 输入频率通常为 50MHz 合成信号源 信号输出 信号输入 频谱分析仪 衰减器 混频器 IF 中频增益 IF 中频 滤波器 检波 / 对数 放大器 视频滤波器 可以用 96270A 和 96040A (RBW) (VBW) 本振 扫描发生器 显示
频率稳定性 剩余调频 衰减器 混频器 IF 中频增益 IF 中频 滤波器 检波 / 对数 放大器 视频滤波器 (RBW) (VBW) 本振扫描发生器显示 频谱分析仪的本振频率稳定性称作剩余调频, 也是影响频率测量分辨力的主要因素, 决定了 RBW 能达到的最小值
频率稳定性 剩余调频 在波形线性处测出解调灵敏度 Sen= F/ dbc 在时域方式读取噪声峰峰值 y 求出剩余调频 f 合成信号源信号输出信号输入 可以用 96270A 和 96040A 被测频谱分析仪 f=sen y
频率稳定性 噪声边带 衰减器 混频器 IF 中频增益 IF 中频 滤波器 检波 / 对数 放大器 视频滤波器 (RBW) (VBW) 本振扫描发生器显示 噪声边带, 是指距离中心频率某一频偏处的电平低于峰值电平的 db 数, 也称作相位噪声, 反映本振的噪声 是影响频率测量的分辨率因素之一, 尤其是对于离载波很近, 但幅度又很小的信号 dbc/hz f
频率稳定性 噪声边带 中心频率设置在 1GHz, 在不同偏离载频, 如 100Hz,1kHz, 10kHz,20kHz,100kHz, 测试增量电平变化 将变化量归一化为 dbc/hz 96000 系列具有极低的相位噪声指标 合成信号源信号输出信号输入 可以用 96270A 和 96040A 被测频谱分析仪 噪声边带 = dbc-10lgrbw
输入衰减器检定 衰减器 混频器 IF 中频增益 IF 中频 滤波器 检波 / 对数 放大器 视频滤波器 (RBW) (VBW) 本振扫描发生器显示 输入衰减器的作用主要是对输入信号进行衰减确保进入混频器的信号电平为最佳, 以获得最大的测量动态范围 衰减器设置增大, 频谱分析仪本底噪声被抬高, 信噪比就越低 输入衰减器和中频增益是联动的, 实际并不改变信号在显示器上的大小
输入衰减器检定 在典型频率 50MHz, 改变输入信号源的衰减量, 逆向改变频谱分析仪输入相同衰减量. 测试显示幅值变化量 常规用已校准的衰减器作标准 用 96000A 可以通过内置步进衰减器代替外部可变衰减器 合成信号源信号输出 可变衰减器 可以用 96270A 和 96040A 信号输入 频谱分析仪
参考电平准确度 衰减器 混频器 IF 中频增益 IF 中频 滤波器 检波 / 对数 放大器 视频滤波器 (RBW) (VBW) 本振扫描发生器显示 参考电平是屏幕显示的最大幅度 在典型频率 50MHz, 改变频谱分析仪参考电平, 逆向改变外接衰减其同样衰减量, 测试显示幅值变化量 用具有高精度衰减线性度的信号发生器作标准 或者用已校准的衰减器 用 96000A 可以通过内置步进衰减器代替外部可变衰减器
垂直显示刻度 ( 对数 / 线性 ) 在典型频率 50MHz, 改变输入信号源的衰减量, 固定频谱分析仪输入衰减器和参考电平. 测试宽动态范围的幅值线性度 用具有高精度衰减线性度的信号发生器作标准 衰减器 或者用已校准的衰减器 用 96000A 可以通过内置步进衰减器代替外部可变衰减器 混频器 IF 中频增益 IF 中频 滤波器 检波 / 对数放大器 视频滤波器 合成信号源 信号输出 可变衰减器 可以用 96270A 和 96040A 信号输入 频谱分析仪 (RBW) (VBW) 本振扫描发生器显示
扫描时间 衰减器 混频器 IF 中频增益 IF 中频 滤波器 检波 / 对数 放大器 视频滤波器 (RBW) (VBW) 本振扫描发生器显示 本振频率变化时, 扫描发生器频率也同步控制显示从左到右扫描, 确保采集波形同步显示 采集过快, 波形的幅度和频率会发生偏移
扫描时间 频谱分析仪零扫频方式, 考察水平轴显示的扫描时间的准确度 调制函数发生器输出频率, 使峰值显示在频谱分析仪距左 右边框的位置 根据频谱分析仪显示的函数发生器的周期数计算扫描周期, 与频谱分析仪标称扫描时间比较, 计算误差 函数发生器 合成信号源调幅输入 信号输出 可以用 96000A 代替 信号输入 频谱分析仪
应用举例 #2 使用 SINE 功能和微波输出校准频谱分析仪 : 适合至 27GHz, 所有需要准确电平的宽频率范围的测试 适合至 27GHz, 所有需要高准确度 高分辨力高频测试 在高频段测试频率响应, 中心频率和扫频宽度 镜像响应等 60
输入频响 衰减器 混频器 IF 中频增益 IF 中频 滤波器 检波 / 对数 放大器 视频滤波器 (RBW) (VBW) 本振扫描发生器显示 输入频响指在不同频率点与频谱分析仪校准信号频率点的功率电平差 频谱分析仪的输入频响主要由输入衰减器和混频器的带宽确定, 反映可以准确测量的信号最高频率 HP 8590 setup
输入频响 在固定电平, 测试频谱分析仪全频率范围的幅值响应 校准标准为功率计 合成信号源幅度控制 信号输出 可以用 96270A 和 96040A 功率计 功分器 信号输入 频谱分析仪 合成信号发生器 频谱分析仪 测量接收机 功分器 功率探头 HP 8590 setup
有奖问答 3 问题 : 频谱分析仪校准中有几项测试需要用 96270A 功分器 / 功率传感器模式, 它们是什么, 请至少列出 2 种? 63
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