摘要：近年来，我国对扫频式频谱分析仪的应用不断增加，在频谱仪中，增益压缩是频谱分析仪校准规范和检定规程规定的必测项目，但现有的增益压缩校准检定方法存在不足。为了更好地测量评估频谱分析仪的信号测量，本文首先分析了扫频式频谱分析仪的工作原理，其次探讨了扫频式频谱分析仪的性能指标，最后就扫频式频谱分析仪信号测量进行研究，以供参考。
关键词：信号；频谱分析仪；调幅
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引言
随着频谱分析仪的发展，传统扫频式频谱仪对于扫频终止点到下一次扫频起始点之间死区时间越来越短，但始终存在。近年来，不存在死区时间的实时频谱分析仪在信号分析中越来越盛行。在瞬态、偶发信号的测量分析以及频谱监测等应用中，相比传统的扫频式频谱分析仪，实时频谱分析仪进行频谱观测或是查小信号时具有独特优势。
1扫频式频谱分析仪的工作原理懒人床
扫频频谱分析仪主要有两种形式，一种是调谐滤波频谱分析仪，通过在频谱分析仪的测量频率范围内调整带通滤波器的中心频率和带宽来检测信号。让中心频率在关注的频率范围内反复进行信号扫描，逐一遴选出输入信号的相关分量信号，通过检波器和视频放大器后将信号送到显示装置的垂直偏转电路。产生调谐滤波器中心频率信号的信号发生器负责提供显示装置的水平偏转电路。这种原理的频谱分析仪成本低廉，容易制造，测量信号真实可靠，但是受限于灵敏度较低、分辨紧邻信号能力差的问题。另一种就是扫频超外差式频谱分析仪，这种频谱分析仪现在被广泛使用。
2扫频式频谱分析仪的性能指标
2.1非线性失真
（1）单音频输入。对于非线性网络，如果输入是单音信号，除了产生幅度失真外，还会产生谐波失真。当网络的增益一定时，谐波信号的电平取决于谐波的阶次和输入信号的电平。输入信号电平变化1dB，则谐波电平变化ndB（n为谐波阶次）。假设没有增益压缩，二阶失真分量的功率增加比基频分量的功率增加要快，直到二阶失真分量的功率等于基频分量的功率，这个点称为二阶截获点。二阶失真分量电平与基波信号电平之差等于基波信 号与截获点之差。假定一个频谱分析仪的二阶谐波失真为35dBm，一个200MHz的基波信号电平是5dBm。则基波信号电平与截获点的差是30dB，二阶失真分量的电平是-25dBm。（2）双音频输入。对于非线性网络，如果输入双音信号，除双音的谐波外，还会产生三阶互调产物，分别为2f1-f2和2f2-f1。与二阶分量的情况一样，三阶分量的增加也比基频快，代表三阶失真分量与基波分量的直线将在三阶截获点相交。对于三阶失真分量来说，三阶失真分量电平与基波信号电平的差是基波信号电平与三阶截获点之差的两倍。截获点参数是针对特定的衰减器设置的（通常是0dB衰减），增加射频衰减会提高截获点。假设输入信号电平为-40dBm，三阶失真分量比基波至少低100dB，则三阶截获点=-40+1/2×100=10dB。（3）频谱仪的1dB压缩点。当频谱仪混频器的输入电平增大时，混频器的输出对于输入信号不再发生线性变化。混频器会逐渐出现饱和，其输出信号幅度降低。当增益减小1dB时的标记点称为1dB压缩点。频谱仪的1dB压缩点主要由第一混频决定。通常给出的1dB压缩点是在指定0dB衰减条件下的压缩点。增加射频衰减，1dB压缩点也相应增加。
2.2改进思路
在双音压缩法中，特定情况下增量标记电平值会出现正值，即小信号不是被压缩反而是变大，这与频谱分析仪的混频器增益特性有关。当频谱分析仪的混频增益随输入信号电平增大单调递减，此时实际输出信号电平总是比预期值小，信号被压缩，增量标记电平值也总是负值。当混频增益不是随输入信号电平增大单调递减，而是有起伏波动时。双音压缩法测量增益压缩时，要求输入的大信号电平使频谱分析仪的混频器输入电平等于其1dB增益压缩点技术指标规定的最大混频器输入电平，技术指标往往给的偏保守，导致该信号电平总是比实际1dB压缩点电平小。当输入信号电平恰好落入A、B之间的C点时，实际输出信号电平反而比预期值略大，增量标记电平值就会变成正值。当增量标记电平值为正值时，需要采用其它的测量方法来测量评价频谱分析仪的增益压缩性能。此时，增大输入的大信号的电平值，使其超过B点电平值，小信号电平就会变的比预期值偏小，增量标记电平值也会变成负值。继续增大输入信号电平使得增量标记电平值达到−1dB，此时大信号电平即为频谱分析仪的1dB增益压缩点。
3扫频式频谱分析仪信号测量
3.1调幅信号的频谱仪测量
信号发生器产生载频为400MHz、幅度为0dBm、调制深度为30%、调制频率为10kHz的调幅信号。中心频率测量：合理设置频谱仪，直接读出载频频率为400MHz。调幅信号带宽测量：信号带宽按照99%功率法测量，合理设置频谱仪，直接读出调幅信号带宽为20.359kHz，存在误差。调幅信号调制深度测量：频谱仪设置成0span，RBW和VBW设成3M，采用线性显示方式，扫描时间设置为200μs。在显示的信号包络上，测量一个波峰和波谷，读数分别为3.403mV和1.756mV。用公式ma=（Umax-Umin）/（Umax+Umin），计算出调制深度为0.32，存在误差。信噪比测量：在测量信号带宽外等频率间隔取10个频点数据，算术平均后的值即为噪声功率密度，为-118.38dBm/Hz。从频谱仪读出信号功率密度为-84.07dBm/Hz，信噪比SNR=34.31dB。
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3.2测量步骤超声波探测
1）设置频谱分析仪中心频率f为100MHz，参考电平为−40dBm，扫频宽度为10MHz，垂直刻度为1dB/p，分辨力带宽为100kHz，输入衰减为0dB，其余自动；2）将信号源2的射频输出关闭，打开信号源1的射频输出。设置信号源1频率f1为100MHz，电平L1为-40dBm，调节信号源1电平使信号峰值位于频谱分析仪参考电平线下1格处（信号峰值约为−41dBm）
；3）打开频谱分析仪峰值标记，再打开增量标记功能；4）设置信号源2频率f2为103MHz，电平L2为0dBm（技术说明书给出的1dB增益压缩点电平），打开信号源2的射频输出，增大或减小信号源2的电平，使频谱分析仪增量标记电平值为（−1±0.05）dB；5）将定向耦合器从频谱分析仪输入端口移除，调零并校准功率计，连接功率计至定向耦合器输出口；6）在功率计上输入频率f2对应的校准因子，设置功率计显示单位为dBm，记录功率计读数，此读数即为频谱分析仪的1dB增益压缩点电平。将测量得到的频谱分析仪1dB增益压缩点电平与其1dB增益压缩点指标进行比较，即可判断是否满足要求。
结语
车载数字电视综上所述，校准规范中的双音压缩法，通过测量输入规定大信号时的小信号电平减小量来评估频谱分析仪的增益压缩性能，当输入大信号导致小信号电平不减反增时，得到的结果并不是增益压缩，此种情况下不适用于频谱分析仪增益压缩性能的测量评估；检定规程中的连续波压缩法，由于得不到预期结果和方法适用性问题，也不适用于频谱分析仪增益压缩性能的测量评估。实时频谱图和瀑布图相配合，对空间中的射频信号进行频谱监测就非常便捷了。
参考文献
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