PSA频谱分析仪测量应用

2006-05-07 15:49:43来源: 电子产品世界

    精确测量信号功率电平是现代通信系统中的重要技术环节。无论是对电路子系统还是对整个通信链路进行分析时,技术指标和容限均十分重要。

  PSA E4440A Agilent8563E
影响因素 规定的不确定性(±dB) 可利用的不确定性(±dB) 规定的不确定性(±dB) 可利用的不确定性(±dB)
标准器 0.3 0.3 0.3

0.3

参考电平 1.0 0.0(若在0dBm参考电平上进行校准和使用)
标度逼真度 0.5

0.5

分辨带宽转换   0.0(若在10kHz分辨带度内校准)
频率响应 0.35 0.35 1.5 1.5
总不确定性   0.65   2.3
用RSS表示的总不确定性 3   0.46   1.61

    与传统的频谱分析仪相比,Agilent高性能频谱分析仪(PSA)系列体现出多方面的技术创新——精密的平坦度校准、全数字中频(IF)部分和内部校准器,可以达到最佳的幅度精度,使测量更精确、更迅速和更方便。

    根据这个比较,可以得出PSA系列的幅度不确定性远小于8563E频谱分析仪的结论。当将PSA系列与市场上的其它频谱分析仪作比较时,这个结论也属正确。传统频谱分析仪中的某些不确定性可以在不改变参考电平或衰减器控制的条件下通过测量相对于已校参考电平和示波器标度的信号电平来加以限制或使之最小。这些步骤可以消除某些不确定性,但其余的不确定性仍远大于PSA系列的总不确定性。由于PSA系列没有许多常规的幅度不确定性,故在精确幅度测量中能为用户提供更大的灵活性。

    典型幅度测量中测量不确定性的实例。

    下面将考察利用PSA系列和8563E进行的某些典型幅度测量,并对如何利用PSA系列来完成最佳幅度精度测量提出一些建议。

    我们将列出应用哪些不确定性并对总误差及平方和的平方根(RSS)误差进行计算。

    例1:信号功率测量(绝对测量)

    1利用10dB输入衰减。

    2将所有误差项相加来确定测量的总不确定性是一种十分保守的方法。合并不确定性的更真实方法是平方和的平方根(RSS)法。在幅度测量中,RSS不确定性是基于大部分误差彼此无关这一事实。由于误差独立无关,故按RSS方式合并个别不确定性是合理的。

  PSA E4440A Agilent8563E
影响因素 规定的不确定性(±dB) 可利用的不确定性(±dB) 规定不确定性(±dB) 可利用的不确定性(±dB)
频率响应(在10GHz处) 2.0dB(绝对不确定性) 2.0dB 2.5dB(相对不确定性) 2 2.5dB
频率响应(在20GHz处) 2.0dB 2.0dB 3.0dB(相对不确定性) 2 3.0dB
频带转换 不适用 0 1.0dB 2 1.0dB
双数逼真度 0.07 1 0.07 0.85dBmax(在90dB范围内) 0.85dBmax
总不确定性 4.07 6.55dB
用RSS表示的总不确定性 2.83 4.12dB

    求RSS不确定性要求各个不确定性用相同单位表示。通常,不确定性由分贝(dB)表示:

    RSS=[e12+e22+e23+……]1/2

    式中,RSS,e1,e2,e3……均以dB为单位。

    例2:不同频带内利用Δ标记的相对测量(相对测量)

    1调节衰减器,使混频器上的信号电平低于-20dBm。

  PSA E4440A Agilent8563E
影响因素 规定的不确定性(±dB) 可利用的不确定性(±dB) 规定的不确定性(±dB) 可利用的不确定性(±dB)
对数逼真度 0.07 1 0.07 0.85dBmax(在90dB范围内) 0.85dBmax
总不确定性   0.07   0.85dB
用RSS*表示的总不确定性     0.85dB  

    2可以采用相对于绝对校准器的频率响应,而在这种情况下频带转换将不适用。

    例3:三阶截获测量(相对测量)

    1调节衰减器,使混频器上的信号电平低于-20dBm

    例4:失配测量误差和测量不确定性

    失配误差是由信号源输出阻抗与负载输入阻抗不相同所引起的。在频谱分析仪测量中,被测件(DUT)输出阻抗与频谱分析仪输入阻抗的不完善性都可能引起失配误差。

    完整的功率传递函数为:

    PL/PS=(1-ρS2)(1-ρL2)/(1±ρLρS)2 (1)

    10log(PL/PS)=10log(1-ρs^2)+10log(1-ρL^2)-20log(1±ρSρL) (2)

    方程(2)中,前两项决定了由反射系数引起的预期功率损失。第三项是失配不确定性。实际功率传递可能落在由第三项中正负号所表示的两个极值中间的任何处。

  VSWR ρ VSWR ρ
  输入衰减<10dB 输入衰减≥10dB
DUT输出端口 1.4:1 0.167 1.4:1 0.167
PSA50MHz~3GHz 2.3:1 0.394 1.2:1 0.091
输入衰减器设置 输入衰减<10dB 输入衰减≥10dB
测量误差(dB) <0.855 -0.159
测量不确定性(±dB) -0.591/+0.533 -0.133/+0.131
总误差范围(dB) -0.264/-1.408 -0.026/-0.29

    下面两个表列出利用PSA系列对一个电压驻波比(VSWR)为1.4∶1的被测件在不同的输出衰减器设置下进行测量的计算结果。

    失配误差和不确定性适用于供幅度测量用的所有仪器,如功率计和频谱分析仪。

结束语

    PSA系列频谱分析仪中采用的新技术极大地改善了许多信号测量的幅度精度。最常见的幅度精度误差已被消除或减小,而使用的方便性和灵活性也获得了改善。

关键字:频谱分析仪  测量  应用

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