频谱仪在频率综合器调试测试中的特殊用途

摘要：通过对大量测试仪器功能的了解，工程中的实践应用，结合频率综合器调试、测试的特殊性，总结出了普通频谱仪的几种特殊用途，为广大工程人员提供了新的测试手段。

关键词：频谱仪 频率综合器

中图分类号：TN622 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)07-0080-02

1、频率综合器设计调试中的常用仪器

频率综合器的常规测试指标主要有：工作频率、输出幅度、杂散抑制、谐波抑制、频率建立时间、相位噪声抑制等。在调试过程中，还需要对控制时序、电路工作电压、滤波器、功率分配器、混频器、隔离器等进行测试。

在频率综合器的调试中，常常应用的仪器包括示波器、频谱仪、网络分析仪、信号源分析仪等。其中，进行时域测试的仪器有示波器、实时频谱仪、信号源分析仪、频率时间间隔测试仪、调制域分析仪等。进行频域测试的仪器有频谱仪、信号源分析仪、频率时间间隔测试仪以及网络分析仪等。示波器测试的信号频率往往不高，并且频率升高后，对测试环境的要求很高，测试精度会大大降低。实时频谱仪可对信号的频谱、相位噪声、时频特性和调制样式等进行分析测试，由于设备的更新换代、价格等原因现在普及率还不高。信号源分析仪是近几年出现的新仪器，与实时频谱仪的功能类似，但在信号的瞬变分析和对信号的相噪分析上具有更大的优势，目前其价位还居高不下，各单位的拥有量也就不会太大。频率时间间隔测试仪，是一种过渡产品，在过去对信号作时频分析时它是首选设备，但目前其功能已包含在实时频谱仪和信号源分析仪中，现已逐步退出历史舞台。

2、仪器的交叉用途

目前，频率综合器的调试和测试，常规用仪器还是示波器和频谱仪，示波器对频率综合器的控制时序和频率建立时间进行测试，频谱仪对频率综合器信号的频率、功率、杂散抑制、组合频率、隔离度和相位噪声等技术指标进行测试。在这些测试项目上，示波器、频谱仪虽没有专业仪器测试精确，象控制时序的测试不如逻辑分析仪、频率建立时间不如频率时间间隔测试仪、信号分析仪和相位噪声的测试不如信号分析仪、噪声分析仪，隔离度、放大器的增益等指标测试不如网络分析仪等等，但从成本控制、操作和携带便捷性上来讲，示波器和频谱仪还是拥有足够优势。

3、频谱仪的特殊用途

在频率综合器的调试中，示波器和频谱仪是两种最为常用的仪器，时域调试过程中，常用示波器，比如，控制时序的测试、低频信号的幅度、频率和波形测试等等。还有一个地方用到示波器来测试，那就是PLL（锁相环）型频率综合器的频率建立时间测试。通常，频率建立时间是通过周期性控制两个不同工作频点，测试锁相环中VCO（压控振荡器）控制电压的变化来进行测试。对于一个稳定的频率，必然有一个稳定的电压相对应这一特性，通过用示波器测出VCO控制电压的变化，测试电压由一种稳态到另一稳态的时间，即为PLL频率综合器的频率建立时间（如图1所示）。

但对于非PLL型的一些频率综合器的频率建立时间，目前常常只能通过信号源分析仪、实时频谱仪、调制域分析仪和频率时间间隔测试仪等来测得。

众所周知，频谱仪在SPAN设置为零时，可作为一种时域测试仪来使用，通过日常工作中的摸索，以下是一些使用心得。

首先，当频谱仪的SPAN设置为零时，它可以测试调幅、调频和脉冲调制等信号[1][2]，如图2所示：

可以对调频和调幅信号进行解调等。在综合器的调试中，同样可以灵活应用频谱仪的这一特性，大大提高频率综合器的调试效率，节约设备能源及经费。

3.1 频率建立时间的测量

在宽带频率综合器的调试中，频率建立时间是其中一项指标，对此指标，我们可利用频谱仪SPAN为零时的特性进行测试，具体设置（以Angilent E4440PSA为例）如下：

将频谱仪的Span设置为0Hz， Res BW设置为500kHz以上，Center Frequence设置为综合器跳频频点之一，Sweep time设置为跳频设置的一个周期以上的时间（初始设置可以设置到十个周期以上），通过外部控制频率综合器频点进行周期性变化，在频谱仪上就会观测到一个类似示波器上观测到的方波性质的图案，如图3所示：

图3为一万跳（即出现一次高频率为一跳，一次低频率也为一跳）时的其中一个频率的测试结果（由于仅观测一个频点，因而测得信号周期为100.1μs）。这个图形的含义是，当信号出现在设置的频谱仪的设置频率时，信号的幅度就会显现在显示屏上，频率稳定了，幅度也就稳定了，即“高电平”表示的就是信号的存在时间。通过调整扫描时间，获得合适的观察效果，用Marker的“Normal”“Delta”两键来测得高电平的存在时间及“方波”的周期，就可以得到信号的建立时间。

当然，在不同的观测条件下，误差总会或多或少存在，如何得到更精确的结果，需要在工程实践中摸索和熟悉。

3.2 扫频信号的跳速、驻留时间的测试

对于工作在扫频模式下的频率综合器，我们可以利用上述方式进行信号的扫速和驻留时间进行测试，进而对信号占空比进行测试。测试方式基本同上，测试如图4、图5所示：

图中结果表明，这是一个扫频周期约为100μs即跳速为一万跳的信号，信号的驻留时间约为6μs。

3.3 突发事件的测量

对于综合器稳定性或控制的稳定性，即偶发事件观测：通过对增大Sweep time最好是几十秒，来进行观测，同样可以得到较为理想的结果。如图6所示：

图6中当出现“凹陷”时，就意味着在此频点上出现了频率漏掉的问题，出现了这个现象，不是控制问题，就是频率综合器自身的稳定性出现问题。如果周期性的出现（周期性控制），意味着控制出现问题的可能性较大。利用观测到的结果，还可以对控制的合理性进行检验，甚至可以对控制提出更为合理的建议。

4、结语

本文总结了普通频谱仪的几种特殊用途，为广大工程人员提供了新的测试手段。

参考文献

[1]何梅,胡菊萍.《高性能频谱分析仪的时域测量技术及其应用》.桂林电子工业学院,中国电子技术标准化研究所.

[2]牛俊峰,甄志.《频谱分析仪Zero Span 的应用》.FIC大众电脑公司.华北电力大学.