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基于频谱信号分析限制RF功率和寄生噪音辐射
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2017-11-09
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射频功率的频域测量是利用频谱和向量讯号分析仪所进行的最基本的测量。这类系统必须符合有关标准对功率传输和寄生噪音辐射的限制，还要配有合适的测量技术来避免误差。 像频率范围、中心频率、分辨频宽（RBW）和测量时间这些有关频率的关键控制都会影响测量结果。
频率范围指的是分析仪所能撷取的总频谱分量，而中心频率相当于频率范围的中心。应该注意像频率范围这类频率控制决定了仪器前面板上的频率范围。另一方面，根据频率范围的大小不同，FFT讯号分析仪有两种截然不同的采集模式。
仪器中高达RBW的频率范围的实现方式是：对一段频率进行下变频，然后对下变频讯号进行数字化。而对于超出RBW的频率范围，按顺序对频谱段进行变频和数字化。RBW控制频率轴上的频率分辨率。在传统的分析仪中，利用一个窄频滤波器来扫描频率范围来显示频谱。滤波器频宽决定了频率轴上的分辨率，因此也是控制的标志。
与此同时，采用FFT的分析仪没有模拟滤波器，而是采用FFT和相关的窗口参数（windowing parameter）来确定频率分辨率或者RBW。与传统的频谱分析仪不一样，目前最新的采用FFT的分析仪可以选择窗口来限制频谱泄漏并改善频域中间隔较小频段的分辨率。那些对FFT分析仪以及FFT熟悉的人们也许会问，RBW频率分辨率与FFT抽头的宽度是什么关系？表1显示了在新型的RF讯号分析仪中RBW频率分辨率参数（规定在3dB和6dB处的RBW分辨率）与FFT抽头宽度的关系。
表1：RBW频率分析分辨率与FFT分析仪的抽头宽度相关
采用FFT的分析仪具有窗口选择，用来限制频谱泄漏并改善频域中间隔较小频谱的分辨率。而传统的频谱分析仪则没有这一功能。传统扫描式分析仪的测量时间（或扫描时间）与RBW的平方成反比，这是由模拟滤波器的设立时间确定的。如果要透过降低RBW来改善频率分辨率，则扫描时间要呈指数增加。 相反，随着RBW的降低，FFT讯号分析仪所进行的采集更长，运算量也更大。随着DSP组件速度的加速，测量速度更快，实现更高的分辨率或更窄的RBW测量。
幅度设置
不同的幅度控制也会影响测量结果，这些包括参考电平（ref level），衰减器设置和检测模式。参考电平设置了频谱分析仪的最大输入范围。它控制Y轴，这一点与示波器上的‘volts/div’相似，必须将其设置到刚刚大于所期望的最大功率测量值。
为了比较这些误差，就必须忽略基准频率误差，这是因为可以使用一个像铷频率这类的精密频率源来对其进行补偿。在扫频式频谱分析仪中，当频率范围大于50kHz以及RBW设置超过1kHz时，测量性能将受到影响，除非采用最佳化的技术，例如将100MHz的频率放置到频率范围的中心。
如果采用较小的RBW，意味着测试时间的拉长，这是因为扫描时间的问题，因为通常的频谱分析仪中需要150-200ms的扫描时间。测量算法限定了基于FFT分析仪的测量精密度。例如，先进的光谱测量分析工具套件中采用了内插技术，可实现比RBW所能实现的更高分辨率，如上所述，RBW设置到2kHz将保证更高的精密度。
频率范围指的是分析仪所能撷取的总频谱分量，而中心频率相当于频率范围的中心。应该注意像频率范围这类频率控制决定了仪器前面板上的频率范围。另一方面，根据频率范围的大小不同，FFT讯号分析仪有两种截然不同的采集模式。
仪器中高达RBW的频率范围的实现方式是：对一段频率进行下变频，然后对下变频讯号进行数字化。而对于超出RBW的频率范围，按顺序对频谱段进行变频和数字化。RBW控制频率轴上的频率分辨率。在传统的分析仪中，利用一个窄频滤波器来扫描频率范围来显示频谱。滤波器频宽决定了频率轴上的分辨率，因此也是控制的标志。
与此同时，采用FFT的分析仪没有模拟滤波器，而是采用FFT和相关的窗口参数（windowing parameter）来确定频率分辨率或者RBW。与传统的频谱分析仪不一样，目前最新的采用FFT的分析仪可以选择窗口来限制频谱泄漏并改善频域中间隔较小频段的分辨率。那些对FFT分析仪以及FFT熟悉的人们也许会问，RBW频率分辨率与FFT抽头的宽度是什么关系？表1显示了在新型的RF讯号分析仪中RBW频率分辨率参数（规定在3dB和6dB处的RBW分辨率）与FFT抽头宽度的关系。
表1：RBW频率分析分辨率与FFT分析仪的抽头宽度相关
采用FFT的分析仪具有窗口选择，用来限制频谱泄漏并改善频域中间隔较小频谱的分辨率。而传统的频谱分析仪则没有这一功能。传统扫描式分析仪的测量时间（或扫描时间）与RBW的平方成反比，这是由模拟滤波器的设立时间确定的。如果要透过降低RBW来改善频率分辨率，则扫描时间要呈指数增加。 相反，随着RBW的降低，FFT讯号分析仪所进行的采集更长，运算量也更大。随着DSP组件速度的加速，测量速度更快，实现更高的分辨率或更窄的RBW测量。
幅度设置
不同的幅度控制也会影响测量结果，这些包括参考电平（ref level），衰减器设置和检测模式。参考电平设置了频谱分析仪的最大输入范围。它控制Y轴，这一点与示波器上的‘volts/div’相似，必须将其设置到刚刚大于所期望的最大功率测量值。
为了比较这些误差，就必须忽略基准频率误差，这是因为可以使用一个像铷频率这类的精密频率源来对其进行补偿。在扫频式频谱分析仪中，当频率范围大于50kHz以及RBW设置超过1kHz时，测量性能将受到影响，除非采用最佳化的技术，例如将100MHz的频率放置到频率范围的中心。
如果采用较小的RBW，意味着测试时间的拉长，这是因为扫描时间的问题，因为通常的频谱分析仪中需要150-200ms的扫描时间。测量算法限定了基于FFT分析仪的测量精密度。例如，先进的光谱测量分析工具套件中采用了内插技术，可实现比RBW所能实现的更高分辨率，如上所述，RBW设置到2kHz将保证更高的精密度。
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