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                频谱□分析仪的指标之 动态范围

                教育∩装备采购网 2018-10-29 16:53 围观2137次

                  频谱分析仪动态范围是一个包含面很宽的概念。 简单地说,动态范围就是频谱仪同时测量大信号和小信号的能力。例如,当频谱仪在测 量一个10dBm 的大信号时,其灵敏度和失真指标能否保证其准确测量邻近的一个-100dBm 杂散信号。

                  关于动态范围更多具体的定义,如15 所示。

                频谱分析仪的↘指标之 动态范围

                  显示动态范围

                  频谱仪可正确表示信号电平的范围,它有 10 个 显示格,每格代表 10dB ,如:参考电平为0dBm , 0-9格表示 0--90dBm ;而最∮下一格 需表示-90-130d B m ,所以是不准确的显示范围。

                  无失真测试动态╱范围(二阶、三阶)

                  此动◣态范围指在保证仪表可以正确测量基√波信号 的情况下,频谱仪可测量的二次谐波或三次谐波的能力。例如,当输入信号为 0d B m 基波时,频谱仪』内部产生的二阶非线性失真为-110dBm ,则其二阶无失真动态范围为1 OOdB。

                  测试动态范围测试动态范围即频谱仪可以♂分开测 试信号的能力:当●测量大信号时,可将衰减器设为高值;当要对小信号进行测试时,可 通过滤波器对大信号进行抑制,同★时将衰减器设为尽量低的值,提高测试精度。

                  回顾一下,衰减器设值会影响频谱分析仪的灵敏 度指标。正如图14 中☆的失真产物随混频器功率而变化一样,也能画出信噪比╳( S/N ) 随混频器功率的变化曲线,这就是噪声或灵敏度的动态范围图。

                  噪声』动态范围图告诉我们:在一个动态范■围图上 同时画出信号对噪声和信号对失真的曲线,如图16 所示,最大的动态范围处于曲线的交 点处,这时内部产生的失真电平位于仪表平均噪声电平的∮位置,频谱分析仪的测试动态 范围最大,最佳的混频↘器电平使仪表具有最大的测试动态范围〓。对于确定的三阶失真和 二阶失真♀测试,就是频谱仪的三阶失真测试动态范围和二阶测试动态范围。

                频谱分析仪的指标之 动态范围

                频谱分析仪的指标之 动态范围

                  例如,频谱仪表输入的双音信号( Tones )幅 度为 0d B m ,仪表衰减▓器有 10d B步进和变化范围,这样可选取设置仪表的∏混频电平 为 O 、-10 、-20和-30dBm 等。那需要多大♂的混频器电平保证仪表具有足够的动Ψ态范围 ,从而观测到-50d B c 失真产物呢?无论如何,保持尽可能低的内部噪声和失真产物 可使测量误差减至最小。这样,根据图16 ,加到混频器的驱动电平取-30-(-40dBm) 之间将使测量误差最小(由于有最高的信噪比㊣ 和最高的信号失真比)。假如可选 取-3Od B m 或-40d B m 的混频器电平;选取-40d B m (混频器电平处在交点左边 )为好,因为内部产生的任何失真产物低于噪声电平,观察不到,得到的是“无寄生显 示”。

                  总结前面的分析,在利用频谱仪测试信号失真▂(二次谐波、三次谐波等)的过程中,频谱仪显示的失真产物实际上包含三个成分:被测失真(真实●测试对象)、仪表产生的失真和仪表噪声。所有这三个信号都是客观存在的,为得到正确的测试结果,希望仪表内╲部失真和噪声都尽量小,而这两个信号的幅度都和仪表@的衰减器设置有关。

                  频谱分析仪|购线网|https://www.gooxian.com/newsinfo/1534.html

                  通过图16 的分析,可得到以下结论:一方面,为了最好的信噪比,希望混频器的驱动电平尽可能大;但另一方面,希望产生的内部失真最小〓,这就要求混频器有尽可能低的驱动电平。因此,最大的动态范围使噪声和产生的←内部失真相同,频谱仪的衰减器设值要在这两点间折中。具体测@ 试中,到底对频谱仪内部失真的要求为多少?作为一种近似,通过被测指标的分析来确定仪表的要求。例如:被测二次谐波的最小要求电ξ 平为-40dBc ,而对于三次谐波和↑交调失真为-50dB 。希望仪表产生的附加成分(包含谐波失真和噪卐声)比真实输入信号低 20d B,这时仪表♀给测试结果带来的误差为0.04d B。(无论如何,为了减小仪表内部存在的附加成分所弓}起的测量误差,内部失真必须远低于测试技术指标。)

                  在实际测试中,可以通过改变输入衰减器测试来确定频谱仪的最佳混频器电平,而不需进◇行计算。改变衰减器确定最佳混频电平的具体过程是持续增加衰减,直到信号或失真电平与以前的值相比不变化。此时再稍增加衰减器使混频器电平稍低于︻最佳混频器电平,这是利用输入衰减影引导到的最好混频电平。有的频谱仪可以通过噪声抵消技术来减低仪表内部噪▓声对测试的影响,扩展测量动态范围。噪声抵消☆的具体过程是仪表首先对内部噪声进行测试,在实际测试被卐测量信号时,将信号中内部噪声部分消除。

                频谱分析仪的指标之 动态范围

                  通过对图17 频谱图的观察,可以看到:在偏离载波 0 . 1 一10MHz 范围内测试的动态范围是不同的。在偏移载波信号近端,测试动态Ψ 范围会受到本振相位噪声的影响而变差。

                  在偏※移载波大于1MHz范围内,仪表测试动态范围:

                频谱分析仪的指标之 动态范围

                  在这个区域内,容易测量- 6OdBc 的杂波。离开载波1MHz 之外,灵敏度不受噪声边带的影响,因此可用较宽的分辨带宽和较快的扫描时间进行测▅量。

                  在离开载↘波 1 OokHz 之内,由于存在噪声边带使灵敏度降低。因此,测量需要较窄的分辨带宽和较慢的扫描时间。有时候⊙因为噪声边带太高而不能进行测量。

                  分析一个频谱分析▲仪测试动态范围的具体例子如图18 所示。

                频谱分析仪的指标之 动态范围

                  仪表在被测频段的灵敏度为-1 55d B m ,测试对象是一个 1 O0kBz 频率带宽内的杂散信号,要求其幅度小∞于-95d B m ,该信号偏移 1OMHz 处存在一个 10d :B m 的大信号,所以这是个大信号背景下一个弱信号的测试问题。因为输入信号中包含大信号,该信号也会进入仪表的处理通道,不管当前频率扫宽的设置是否可以观察到ζ 该信号,仪表的输入衰减器设置必须考虑该大功率信★号的存在。所以仪表输入衰减器设置为 20dB,这样保证混频器工作电平在♀规定范围内。

                  频谱▓仪的测试灵敏度是在0dB 衰减下得到的定义,在输入衰减为 2OdB 的条件下,噪声电平会恶化 20dB,变为:

                  -155dBm/HZ 20dB=-135dBm / Hz

                  相应100kHz 带宽内,噪声电平为:

                  -135dB/Hz 10lg( 100 *103 )=-135 50 =- 85dBm / 10OkHz

                  被测信号要求为-95d B m ,所以此时仪表的灵敏度不能保证对该信号的测试。

                  回忆一下提高频○谱分析仪灵敏度的技术方法:减小 R B W ;减〓小衰减器;减小 VBW 。因为测试对象是噪声,其功率与测量带宽有关,所以仪表的 RBW 不能更改。因此,现在↘只能通过减小衰减器设值来提高测试动态范围,在小衰减状态下,输入︽信号中的大功率成分会使仪表过载而造成失真,为消除其影响,只能通过带通或陷波处理来抑制大信号。实际上,这是频〖谱仪的分时测量动态范围,可以和仪表的功率测〓试范围(最大【输入电平一灵敏度)相同。

                点击进入北京海洋兴业科技股份有限公司展台查看更多 来源:教育装备采购网 作者:海洋仪器 责任编辑:杨静 我要投稿
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