有著“射頻萬用表”之稱的頻譜分析儀是一種應(yīng)用非常廣泛的射頻和微波基礎(chǔ)測量儀器。經(jīng)常被用于測量放大器/發(fā)射機(jī)的諧波和雜散測量、無源互調(diào)測量，而在空中電磁環(huán)境測量中，頻譜分析儀更是擔(dān)當(dāng)了重要的角色。

本文要討論的是頻譜分析儀的幅度精度，問題來源于日常測試中對頻譜分析儀的設(shè)置及其最終測試結(jié)果的一些疑惑，帶著這些問題，筆者設(shè)計了一個通用的開關(guān)電路對頻譜分析儀的幅度精度進(jìn)行了校準(zhǔn)測量。

頻譜分析儀的幅度精度 — 廠家的定義

通常，要描述一臺頻譜分析儀的幅度精度，需要有一些附加的設(shè)置條件，以下是一臺新型頻譜分析儀對3.5-8.4GHz頻率范圍內(nèi)幅度精度的描述：

令人感覺似是而非的問題 

從最終計算出來的均方根誤差來看，首先我們可以明確±1.6dB的誤差說明了頻譜分析儀不能作為功率計測量的標(biāo)準(zhǔn)，如果用頻譜分析儀去測量一臺發(fā)射機(jī)的功率，不計耦合誤差，僅僅頻譜分析儀的誤差就會高達(dá)+44.5/-30.8%！

但是本文要討論的不是頻譜分析儀的精度誤差究竟有多少，而是頻譜分析儀在不同設(shè)置條件下，上述的誤差會變化多少？

筆者在日常工作中遇到過不少大信號和小信號的測試案例，隨著頻譜分析儀設(shè)置的不同，最終的測試結(jié)果似乎也有些變化。我們可以隨意列舉一些測試條件的可能變化：

大信號測試時（如0dBm）要設(shè)置衰減器，如20dB；

測量微弱信號時，比如-130dBm，則需要開啟預(yù)放；

測量微弱信號時，要減小RBW，為了提高測試速度，SPAN也要減少；

檢波方式的變化；

參考電平放在什么位置？

多載頻存在于頻譜分析儀的輸入端時，其自身的非線性可能會導(dǎo)致測試誤差；不同幅度的測試信號下，誤差值也在變化；

測試環(huán)境溫度會有變化，尤其在野外應(yīng)用時。

帶著這些似是而非的、讓人有些困惑的問題，筆者隨意詢問了一些業(yè)內(nèi)人士，遺憾的事，并沒有得到明確的答案。            

通過實(shí)驗來尋找答案

一、為什么要用功率計作為計量標(biāo)準(zhǔn)？          

我們知道，在微波和射頻的幅度計量儀器中，功率計是被認(rèn)為具有最高精度的，現(xiàn)代功率計的精度可以達(dá)到1.95%的總誤差，可換算成±0.016dB的誤差，這個誤差要比標(biāo)稱最高精度的頻譜分析儀好一個數(shù)量級，完全可以作為頻譜分析儀的校準(zhǔn)參考。                  

二、為什么要采用可編程濾波器？    

微波信號源具有諧波輸出，某些用于自動化測試的模塊化信號源的二次諧波可能高達(dá)-15dBc，這個諧波信號與載頻信號會同時進(jìn)入功率計，而功率計并不能識別是有用信號還是諧波信號，因此這二個信號會被同時功率計讀出來并認(rèn)為是參照標(biāo)準(zhǔn)。-15dBc的諧波可能會額外產(chǎn)生3%的誤差，采用濾波器可以有效避免這一誤差。

可編程濾波器可以自動跟蹤微波信號源的頻率，這樣大大提高了測試效率。因為頻譜分析儀的校準(zhǔn)可能會產(chǎn)生海量的測試數(shù)據(jù)，自動化測試手段是必需的。

三、用開關(guān)還是功分器 ？    

采用了一個SPDT微波開關(guān)來比較被校準(zhǔn)的頻譜分析儀和標(biāo)準(zhǔn)功率計的讀數(shù)。在這個位置，有人提出采用二路功率分配器，筆者認(rèn)為采用功分器時，有二個細(xì)節(jié)不能忽略：

功分器的輸出通路是二個不同的物理通路，必然存在幅度不平衡度，一個DC-18GHz的功分器的幅度不平衡點(diǎn)可能達(dá)到0.2-0.5dB；這個誤差是難以接受的；而開關(guān)的二個輸出端是同一個物理通道，其可重復(fù)性小于0.1dB。

更容易被忽略的是這種從DC開始的電阻型功分器的失配誤差，讓我們從圖2的原理圖來進(jìn)行討論這個問題。