頻譜分析儀校正指引(下) 自動量測軟體提升效能

依頻譜分析儀製造商所規定之使用周期進行校正,將可確保量測之準確度,而經其測試之電子設備也必能在規範內表現其功能,以下分別說明上期文章未完的各項測試注意事項。  

參考準位準確度測試  

此測試如圖1所示,在50MHz之低頻訊號下進行校正中頻(IF)放大器及增益切換電路。執行此測試時將分析儀設定於高參考位準設定,如+10dBm或如製造商所建議,並將步階衰減器設於0dB,調整訊號產生器輸出,使訊號顯示與參考位準重合,然後將分析儀之參考位準下調10dB、步階衰減器上調10dB 加以設定,在訊號顯示與參考位準線間判定位準之偏差並注意錯誤,依製造商建議,針對參考位準設定值所需之數,繼續降低參考位準設定,並增加步階衰減器設定,而影響參考準位準確度測試之不確定性因素包括步階衰減器之準確度、訊號產生器及負載間之不當匹配錯誤與頻譜分析儀顯示器之解析度。  

雜訊邊帶測試  

此測試如圖2所示,驗證雜訊邊帶,亦即高於或低於載波訊號於頻率偏移上之雜訊位準,將迅速下降落在某頻譜分析儀規定之限度內。此測試在頻譜分析儀製造商規定之單一輸入頻率下進行,確定此測試所使用的訊號產生器具有低相位雜訊相當重要,否則若此裝置未通過此測試時,將無法知道不通過原因為頻譜分析儀之問題或為來源訊號之問題。  

雜訊邊帶測試結果可以dBc或以dBc/Hz表示,前者顯示相對於已知頻寬條件之載波訊號雜訊邊帶準位,後者顯示邊帶雜訊位準已標準化為方形1Hz頻寬,影響雜訊邊帶測試量測之不確定性因素包括由前次測試決定之頻譜分析儀之顯示器線性、頻譜分析儀顯示器之解析度、頻譜分析儀之調幅雜訊、RBW濾波器3dB 頻寬之不確定性、訊號產生器之調幅雜訊及訊號產生器之雜訊邊帶。  

殘餘調頻測試  

此測試如圖3所示,使用分析儀IF濾波器響應之線性部分作為調頻(FM)解調,以測量分析儀局部振盪器系統本身之短期不穩定性所引起之殘餘FM。此測試之設備設置與雜訊邊帶測試之設置相同,先決定IF濾波器斜率,即解調靈敏度(單位Hz/dB)後,再測量由殘餘FM引起之訊號振幅變動,將此兩數值相乘可得殘餘FM(單位Hz)。  

決定解調靈敏度時,將頻譜分析儀中心頻率及訊號產生器輸出頻率設定於製造商所規定一般為1GHz之數值,此時將跨距/每格、濾波器頻寬及視頻濾波器設定於製造商所規定之數值後,再調整顯示之訊號,使顯示響應之線性部分與中心頻率會合,並注意標示差異讀值,將顯示標示之差異頻率(單位Hz)除以標示差異振幅 (單位dB)計算解調器靈敏度(D),然後記錄此結果,如標示差異頻率為250Hz,而標示差異振幅為4dB,則解調器之靈敏度為62.5Hz/dB。  

求得解調器之靈敏度後,接下來決定峰對峰(Peak-to-peak)之頻率偏差,分析儀之跨距設定為0後,在中心頻率上微調,將零跨距帶入顯示範圍內,再使用頻譜分析儀之峰值搜索功能決定峰對峰偏差(單位dB),此時可將解調器之靈敏度(Hz/dB)乘以峰對峰偏差求得殘餘FM,針對頻譜分析儀使用手冊內所規定之各濾波器頻寬設定值加以計算,並將每次結果記錄下來,且僅變更濾波器頻寬設定值,其他所有設定值,如中心頻率、每格跨距及視頻頻寬等均保持固定不變。影響殘餘FM測試之不確定性因素包括由前次測試決定之頻譜分析儀之顯示器線性、頻譜分析儀顯示器之解析度、訊號產生器之殘餘FM、測試之頻率跨距之不確定性及IF濾波器響應之非線性。  

頻率跨距測試  

頻率跨距測試決定分析儀頻率跨距之準確度,也能測試分析儀顯示器頻率軸之線性(圖4)。測試開始時,先將合成器頻率對準顯示器上第一個垂直標線後,以4倍於每格跨距之設定值係數增加合成器頻率,且以係數8再次增加合成器頻率,此時使用標示功能來決定各標線之偏差,將此偏差與製造商之跨距準確度規格比較,並針對製造商所規定之各跨距/每格設定值重複進行此測試,而影響頻率跨距測試之不確定性因素包括頻譜分析儀顯示器之解析度與標示讀值及合成器之頻率準確度。  

掃描時間準確度測試  

測試掃描時間準確度時,將頻譜分析儀連接至訊號產生器(圖5),使用外接功能產生器發出之音頻訊號,設定此訊號產生器為輸出之50%深度調幅,將此頻譜分析儀設定為零跨距模式,以開始最短之掃描時間,如1毫秒,顯示解調之訊號,並在頻譜分析儀之第一垂直標線上決定適當的參考點,調整功能產生器之頻率,直到顯示器於垂直線上建立第二個參考點為止,在此點上,從功能產生器讀取頻率(f),計算掃描時間公式如下:  

(詳細公式請見新通訊元件雜誌72期2月號)  

掃描時間= (詳細公式請見新通訊元件雜誌72期2月號)×波形循環數  

記錄掃描時間並針對製造商所規定之各頻譜分析儀掃描時間重複此測試,影響掃描時間準確度測試之不確定性因素包括頻譜分析儀顯示器之解析度及功能產生器之頻率準確度。  

諧波失真試驗  

此測試將驗證任何分析儀內產生之干擾的諧波失真均在規定限度內。將分析儀連接至訊號產生器(圖6),採用濾波器是為避免任何諧波內容因訊號產生器造成量測之諧波位準不良影響,所產生之干擾諧波內容量將視混波器上之訊號準位而定,且應遵行製造商對分析儀設定值、測試頻率及訊號準位之建議。此時應調整訊號產生器之輸出準位以得訊號顯示,而此訊號顯示將使所需之參考準位與設定於訊號輸入頻率(fl)上之分析儀中心頻率相互會合,並將分析儀中心頻率設定為所需之諧波頻率(f2),記錄顯示之諧波位準(HL)。影響諧波失真測試之不確定性因素包括測試訊號之諧波內容、參考準位之不確定性、由前次測試決定之頻譜分析儀顯示器之線性、頻譜分析儀顯示器之解析度及訊號雜訊比。  

第三級互調阻斷測試  

若兩個訊號同時出現在頻譜分析儀之輸入端時,輸入混波器會產生干擾之互調,互調量將視在混波器上之訊號位準,即混波器準位而定。所產生之互調量由互調阻斷圖(圖7)說明,此圖代表產生互調乘積,即等於輸入訊號準位所需之混波器準位,此訊號準位超出分析儀之工作範圍,無法直接量測,但可針對任何輸入準位計算此訊號準位與雜訊基準測試之結果,此互調阻斷測試將可決定頻譜分析儀之動態範圍,正常情況下,此動態範圍係以同時應用於頻譜分析儀輸入端上之最大與最小訊號之比表示。  

此測試需頻譜分析儀輸入端上所應用之兩個訊號,將頻譜分析儀按製造商所規定之設定值加以設定,一般來說,應設定OdB輸入衰減器,使混波器準位等於分析儀之輸入準位,此時設定第一訊號產生器為頻譜分析儀之中心頻率(fl),並將第二訊號產生器設定為製造商規定之中心頻率(f2)偏差,設定f1及f2之振幅準位為相同之值RL(單位dBm),量測2f2- fl及2fl-f2上相對於RL之互調乘積,並記錄兩準位(IR3)中之較小準位,假設輸入衰減器之設定為OdB,可以下列公式計算第三級互調阻斷 (TOI):  

(詳細公式請見新通訊元件雜誌72期2月號)  

針對製造商所規定之所有量測頻率,即涵蓋頻譜分析儀之頻率範圍重複此測試,而影響第三級互調阻斷測試之不確定性因素包括頻譜分析儀顯示器之解析度、由前次測試決定之頻譜分析儀顯示器之線性、參考準位之不確定性及與功率耦合器組合之訊號產生器互調抑制(Rejection)。  

增益壓縮試驗  

此測試將決定頻譜分析儀於高振幅訊號存在下可測量低振幅訊號之程度。使用兩個分開頻率及不同振幅之訊號測量增益壓縮(圖8),製造商校準手冊內訂定測試程序規定於特定頻率時各訊號之準位及振幅,較低之訊號準位一般與最高訊號準位至少相差35dB,避免提供顯著之額外功率。  

此測試需兩個訊號產生器、一個功率表來調整各訊號來源及一個耦合器用於同時引進兩個訊號至頻譜分析儀之輸入端,總增益壓縮將經兩階段過程判定,首先在關閉較高振幅訊號及未壓縮之情況下,量測較低位準(f2)訊號之顯示振幅(ml)後,開啟較高位準(fl)訊號,再量測壓縮情況下所顯示之較低振幅(m2),未壓縮與壓縮測量間之差別在於總增益壓縮,可與頻譜分析儀增益壓縮規格相互比較。影響增益壓縮試驗之不確定性因素包括頻譜分析儀顯示器之解析度、由前次測試決定之頻譜分析儀顯示器之線性及參考準位之不確定性。  

手動與自動測試比較  

上述所有測試都可以手動方式進行,而其中有多項測試具重複性,因此可使用相同之測試組態在不同的頻譜分析儀設定值下進行測試,但皆須耗費許多人力與時間,若頻譜分析儀之校正工作能使用自動化軟體,將使校正工作更有效率,並可改善儀器控制,自動判定通過/未通過狀態,且自動計算量測之不確定性,除改善量測之重複性外尚可節省大量時間。  

(本文作者Paul Robert、Peter Dack分別為美商福祿克公司產品經理、業務開發經理)  

(詳細圖表請見新通訊元件雜誌72期2月號)  

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