頻譜分析廣泛用于無(wú)線通信、電子設(shè)計(jì)、雷達(dá)系統(tǒng)等領(lǐng)域，能夠幫助工程師分析信號(hào)中的諧波、失真、相位噪聲、帶寬及其他性能指標(biāo)，對(duì)于了解組件、電路和系統(tǒng)的頻域特性至關(guān)重要。然而，即便是功能強(qiáng)大的頻譜分析儀也可能無(wú)法避免操作中的錯(cuò)誤，進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的失真，影響產(chǎn)品性能及可靠性。

       提高頻譜分析測(cè)量準(zhǔn)確性的使用技巧，有效規(guī)避常見(jiàn)的操作錯(cuò)誤，有助于提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。

一、技巧1

（1）選擇適當(dāng)?shù)臋z波器

       頻譜分析中會(huì)使用不同類(lèi)型的檢波器，遵循一些通用的規(guī)則選擇合適的檢波器會(huì)使頻譜分析變得簡(jiǎn)單易行，選擇錯(cuò)誤的檢波器類(lèi)型則會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果，導(dǎo)致無(wú)法檢測(cè)到信號(hào)的真實(shí)性能。

圖 1 寬 Span 窄 RBW時(shí)，使用采樣檢波（黃色跡線）會(huì)導(dǎo)致丟失信號(hào)；使用峰值檢波（藍(lán)色跡線）則可以檢測(cè)到這些信號(hào)

（2）采樣檢波器

         采樣檢波器為分析儀顯示的每個(gè)軌跡點(diǎn)提供單個(gè)采樣。每個(gè)軌跡點(diǎn)代表頻譜儀在頻域掃寬范圍內(nèi)均勻分布的單個(gè)樣本。采樣檢波器可以有效地測(cè)量類(lèi)噪聲信號(hào)。使用采樣檢波器時(shí)，分析儀的RBW必須設(shè)置為比軌跡點(diǎn)間隔更寬。如果太窄，測(cè)量的 CW 信號(hào)幅度可能過(guò)低甚至被遺漏。當(dāng)跡線平均啟用時(shí)，頻譜分析儀將自動(dòng)選擇采樣檢波器，因此檢查是否使用了正確的檢波器進(jìn)行測(cè)量非常重要。

（3）峰值檢波器

        峰值檢波器在測(cè)量間隔內(nèi)保持MAX幅度值，并在軌跡點(diǎn)顯示該值。峰值檢波器可以有效測(cè)量CW信號(hào)，而測(cè)量類(lèi)噪聲信號(hào)時(shí)則可能會(huì)提供錯(cuò)誤的電平值，除非是“MAX保持”類(lèi)的測(cè)量，此時(shí)分析儀用于讀取其MAX功率。

（4）均值檢波器

        均值檢波器對(duì)兩個(gè)軌跡點(diǎn)的功率值進(jìn)行平均處理，并以線性刻度進(jìn)行顯示。均值檢波器非常適合類(lèi)噪聲信號(hào)，也能有效地顯示 CW 信號(hào)的幅度。RBW 至少需要與軌跡點(diǎn)間隔一樣寬，因?yàn)槿绻瑒t顯示的 CW 信號(hào)幅度讀數(shù)會(huì)太低。均值檢波器對(duì)軌跡點(diǎn)間隔內(nèi)的所有采樣點(diǎn)執(zhí)行 RMS 功率平均。這比僅使用軌跡點(diǎn)間隔內(nèi)的一個(gè)采樣點(diǎn)而丟棄所有其他軌跡點(diǎn)的采樣檢波器更有效，且耗時(shí)更少。

（5）正態(tài)檢波器

         正態(tài)檢波器是 X 系列信號(hào)分析儀的默認(rèn)檢波器。正態(tài)檢波器非常適合測(cè)量類(lèi)噪聲信號(hào)，它顯示奇數(shù)跡線點(diǎn)期間上升和下降信號(hào)的峰值，并在偶數(shù)跡線點(diǎn)期間顯示信號(hào)的Mini值。這樣類(lèi)噪聲信號(hào)的峰峰值就能夠準(zhǔn)確地顯示在分析儀顯示屏上。

        一般來(lái)說(shuō)，除非用于某些特定測(cè)量的檢波器類(lèi)型，否則好使用頻譜分析儀選擇的默認(rèn)檢波器。峰值檢波器用于測(cè)量 CW 信號(hào)、均值檢波器用于噪聲類(lèi)信號(hào)則是不錯(cuò)的選擇。

二、技巧2

       使用正確的平均類(lèi)型

       平均有助于減少由于信號(hào)中的噪聲而引起的變化，從而使用戶能夠區(qū)分重要的頻譜分量和噪聲。大多數(shù)頻譜分析儀都提供對(duì)數(shù)視頻或功率 (RMS) 顯示平均類(lèi)型的選擇。

（1）對(duì)數(shù)視頻平均

         對(duì)數(shù)視頻平均將以對(duì)數(shù)標(biāo)度進(jìn)行。對(duì)數(shù)視頻平均會(huì)導(dǎo)致類(lèi)噪聲信號(hào)（例如分析儀的本底噪聲）的測(cè)量值比實(shí)際水平低。對(duì)數(shù)視頻平均不會(huì)影響 CW 信號(hào)的測(cè)量和顯示，可用于測(cè)量接近頻譜分析儀本底噪聲的 CW 信號(hào)。它降低了本底噪聲并提高了儀器的信噪比 (SNR) 性能。

（2）功率平均

         在大多數(shù)情況下，如果測(cè)量類(lèi)噪聲信號(hào)時(shí)采用平均，通常會(huì)使用功率平均。平均可以是跡線平均或是由于將分析儀的VBW降低至小于RBW而引起的平均。當(dāng)進(jìn)行功率平均并且VBW降低至小于RBW時(shí)，現(xiàn)代分析儀（如X系列信號(hào)分析儀）將自動(dòng)校正以往模擬頻譜分析儀中可能存在的響應(yīng)不佳現(xiàn)象。將VBW減小到小于所選RBW帶寬的直接效應(yīng)是掃描時(shí)間會(huì)增加。

圖 2. 黃色跡線中使用對(duì)數(shù)視頻平均法對(duì)WCDMA信號(hào)進(jìn)行平均，與藍(lán)色軌跡中使用功率（RMS）平均法正確平均的相同信號(hào)相比，產(chǎn)生-2.5 dB的誤差 

                           一般來(lái)說(shuō)，對(duì)數(shù)視頻平均適合 CW 信號(hào)，功率 (RMS) 平均適合類(lèi)噪聲信號(hào)。

三、技巧3

       避免分析儀內(nèi)部失真產(chǎn)物的影響

       對(duì)于頻譜分析來(lái)說(shuō)，確定所測(cè)量的是DUT失真產(chǎn)物而非分析儀的失真產(chǎn)物非常重要。 

       DUT的失真產(chǎn)物是由三階交調(diào) (TOI)、鄰道功率 (ACP) 或諧波信號(hào)引起的。這些失真產(chǎn)物的相對(duì)幅度與饋入 DUT 的輸入信號(hào)的電平有關(guān)。然而頻譜分析儀在處理具有足夠功率的輸入信號(hào)時(shí)也可能產(chǎn)生內(nèi)部失真產(chǎn)物。內(nèi)部失真產(chǎn)物是頻譜分析儀混頻器電平的函數(shù)。分析儀的內(nèi)部失真產(chǎn)物可能會(huì)與 DUT 的失真產(chǎn)物相加或相減，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。

       可以通過(guò)增加內(nèi)部或外部衰減來(lái)降低混頻器測(cè)試信號(hào)的電平。衰減應(yīng)增加到失真產(chǎn)物的相對(duì)電平不再變化的程度。此時(shí)衰減器設(shè)置將確保僅是進(jìn)行DUT的失真測(cè)量，而不是 DUT 和分析儀的組合。隨著衰減的增加，可以降低 RBW 以提高靈敏度。隨著 RBW 的降低，掃描時(shí)間將增加。

四、技巧4

      選擇正確的混頻器電平，優(yōu)化EVM測(cè)量

      EVM 測(cè)量是通過(guò)使用頻譜分析儀的矢量信號(hào)分析 (VSA) 模式實(shí)現(xiàn)的。在此模式下，信號(hào)直接通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 下變頻。大多數(shù)情況下，分析儀會(huì)自動(dòng)選擇適當(dāng)?shù)膸挕５牵袝r(shí)信號(hào)分析儀中的測(cè)量可能未經(jīng)優(yōu)化，混頻器電平過(guò)低或過(guò)高都會(huì)降低測(cè)量性能。

       為了優(yōu)化 EVM 測(cè)量，應(yīng)減小輸入衰減，直到顯示 ADC 過(guò)載，然后增加衰減，直到過(guò)載情況消失。在此衰減條件下，ADC 的整個(gè)范圍都得到了有效利用。達(dá)到佳水平可能需要打開(kāi)前置放大器或?yàn)榈碗娖叫盘?hào)添加額外增益。這可以通過(guò)在信號(hào)分析儀中選擇全旁路路徑 (FBP) 來(lái)實(shí)現(xiàn)。FBP 通常在較低功率水平下會(huì)改善 EVM 結(jié)果。X 系列分析儀嵌入式應(yīng)用軟件（如 5G NR、WLAN）具有一個(gè)“優(yōu)化 EVM”的內(nèi)置功能，它將自動(dòng)選擇佳信號(hào)路徑、RF 衰減和 IF 增益，以實(shí)現(xiàn)佳 EVM 結(jié)果。

五、使用單次掃描，遠(yuǎn)程控制分析儀

       在遠(yuǎn)程控制時(shí)，頻譜分析儀連續(xù)掃描模式的運(yùn)行速度會(huì)比單次掃描模式慢。發(fā)送INITIATE 命令時(shí)，儀器必須中止當(dāng)前掃描模式，然后再重新啟動(dòng)當(dāng)前請(qǐng)求的測(cè)量。在許多情況下，希望避免重新同步分析儀而導(dǎo)致較慢的測(cè)量，使用單次掃描模式并啟動(dòng)任何測(cè)量以保持速度和同步。

六、技巧6

      利用OPC（操作完成）標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)測(cè)量同步

      沒(méi)有準(zhǔn)確的同步，可能會(huì)對(duì)自動(dòng)進(jìn)行的信號(hào)分析測(cè)量造成影響，甚至?xí)霈F(xiàn)不正確的結(jié)果。使用OPC標(biāo)志來(lái)指示測(cè)量或掃描已完成，可以更好的保持同步。

七、技巧7

      傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，關(guān)閉顯示并使用二進(jìn)制碼以提高速度 

      二進(jìn)制數(shù)據(jù)是 1 和 0 的組合，因此它需要較少的存儲(chǔ)，這意味著與 ASCII 碼相比，以這種形式傳輸時(shí)可以減少數(shù)據(jù)量，從而減少測(cè)量和取回結(jié)果的總時(shí)間。在儀器屏幕上顯示結(jié)果需要儀器 CPU 的計(jì)算能力。關(guān)閉顯示可以更快地返回遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，節(jié)省更多時(shí)間。

八、技巧8

      避免輸入過(guò)大功率損壞頻譜分析儀

      向頻譜分析儀的輸入端饋入過(guò)多的功率或高于分析儀額定值的直流電壓可能是一個(gè)非常昂貴的錯(cuò)誤。大多數(shù)頻譜分析儀的損壞電平約為1瓦或 30 dBm。當(dāng)超過(guò)損壞電平的信號(hào)輸入到頻譜分析儀的輸入端口時(shí)，它會(huì)使前端電子器件過(guò)載并損壞而導(dǎo)致需要維修。  

      為避免損壞頻譜分析儀，應(yīng)在輸入端口使用限幅器。這樣可以避免損壞前端電子器件而節(jié)省維修的時(shí)間和金錢(qián)。

九、總結(jié)

       頻譜分析是一門(mén)復(fù)雜的科學(xué)，對(duì)于通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)正常工作非常重要。頻譜分析儀用于識(shí)別這些系統(tǒng)中的噪聲和潛在的雜散響應(yīng)。正確使用頻譜分析儀，有助于提高測(cè)量精度、提升分析儀的工作效率，并確保終結(jié)果的可靠性。