頻譜分析儀動(dòng)態(tài)范圍是一個(gè)包含面很寬的概念。 簡(jiǎn)單地說(shuō)，動(dòng)態(tài)范圍就是頻譜儀同時(shí)測(cè)量大信號(hào)和小信號(hào)的能力。例如，當(dāng)頻譜儀在測(cè) 量一個(gè)10dBm 的大信號(hào)時(shí)，其靈敏度和失真指標(biāo)能否保證其準(zhǔn)確測(cè)量鄰近的一個(gè)-100dBm 雜散信號(hào)。

　　關(guān)于動(dòng)態(tài)范圍更多具體的定義，如15 所示。

　　顯示動(dòng)態(tài)范圍

　　頻譜儀可正確表示信號(hào)電平的范圍，它有 10 個(gè) 顯示格，每格代表 10dB ，如：參考電平為0dBm , 0-9格表示 0--90dBm ；而最下一格 需表示-90-130d B m ，所以是不準(zhǔn)確的顯示范圍。

　　無(wú)失真測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍（二階、三階）

　　此動(dòng)態(tài)范圍指在保證儀表可以正確測(cè)量基波信號(hào) 的情況下，頻譜儀可測(cè)量的二次諧波或三次諧波的能力。例如，當(dāng)輸入信號(hào)為 0d B m 基波時(shí)，頻譜儀內(nèi)部產(chǎn)生的二階非線性失真為-110dBm ，則其二階無(wú)失真動(dòng)態(tài)范圍為1 OOdB。

　　測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍即頻譜儀可以分開(kāi)測(cè) 試信號(hào)的能力：當(dāng)測(cè)量大信號(hào)時(shí)，可將衰減器設(shè)為高值；當(dāng)要對(duì)小信號(hào)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，可 通過(guò)濾波器對(duì)大信號(hào)進(jìn)行抑制，同時(shí)將衰減器設(shè)為盡量低的值，提高測(cè)試精度。

　　回顧一下，衰減器設(shè)值會(huì)影響頻譜分析儀的靈敏 度指標(biāo)。正如圖14 中的失真產(chǎn)物隨混頻器功率而變化一樣，也能畫(huà)出信噪比（ S/N ） 隨混頻器功率的變化曲線，這就是噪聲或靈敏度的動(dòng)態(tài)范圍圖。

　　噪聲動(dòng)態(tài)范圍圖告訴我們：在一個(gè)動(dòng)態(tài)范圍圖上 同時(shí)畫(huà)出信號(hào)對(duì)噪聲和信號(hào)對(duì)失真的曲線，如圖16 所示，最大的動(dòng)態(tài)范圍處于曲線的交 點(diǎn)處，這時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生的失真電平位于儀表平均噪聲電平的位置，頻譜分析儀的測(cè)試動(dòng)態(tài) 范圍最大，最佳的混頻器電平使儀表具有最大的測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍。對(duì)于確定的三階失真和 二階失真測(cè)試，就是頻譜儀的三階失真測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍和二階測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍。

　　例如，頻譜儀表輸入的雙音信號(hào)（ Tones ）幅 度為 0d B m ，儀表衰減器有 10d B步進(jìn)和變化范圍，這樣可選取設(shè)置儀表的混頻電平 為 O 、-10 、-20和-30dBm 等。那需要多大的混頻器電平保證儀表具有足夠的動(dòng)態(tài)范圍 ，從而觀測(cè)到-50d B c 失真產(chǎn)物呢？無(wú)論如何，保持盡可能低的內(nèi)部噪聲和失真產(chǎn)物 可使測(cè)量誤差減至最小。這樣，根據(jù)圖16 ，加到混頻器的驅(qū)動(dòng)電平取-30-（-40dBm） 之間將使測(cè)量誤差最?。ㄓ捎谟凶罡叩男旁氡群妥罡叩男盘?hào)失真比）。假如可選 取-3Od B m 或-40d B m 的混頻器電平；選取-40d B m （混頻器電平處在交點(diǎn)左邊 ）為好，因?yàn)閮?nèi)部產(chǎn)生的任何失真產(chǎn)物低于噪聲電平，觀察不到，得到的是“無(wú)寄生顯 示”。

　　總結(jié)前面的分析，在利用頻譜儀測(cè)試信號(hào)失真（二次諧波、三次諧波等）的過(guò)程中，頻譜儀顯示的失真產(chǎn)物實(shí)際上包含三個(gè)成分：被測(cè)失真（真實(shí)測(cè)試對(duì)象）、儀表產(chǎn)生的失真和儀表噪聲。所有這三個(gè)信號(hào)都是客觀存在的，為得到正確的測(cè)試結(jié)果，希望儀表內(nèi)部失真和噪聲都盡量小，而這兩個(gè)信號(hào)的幅度都和儀表的衰減器設(shè)置有關(guān)。

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　　通過(guò)圖16 的分析，可得到以下結(jié)論：一方面，為了最好的信噪比，希望混頻器的驅(qū)動(dòng)電平盡可能大；但另一方面，希望產(chǎn)生的內(nèi)部失真最小，這就要求混頻器有盡可能低的驅(qū)動(dòng)電平。因此，最大的動(dòng)態(tài)范圍使噪聲和產(chǎn)生的內(nèi)部失真相同，頻譜儀的衰減器設(shè)值要在這兩點(diǎn)間折中。具體測(cè)試中，到底對(duì)頻譜儀內(nèi)部失真的要求為多少？作為一種近似，通過(guò)被測(cè)指標(biāo)的分析來(lái)確定儀表的要求。例如：被測(cè)二次諧波的最小要求電平為-40dBc ，而對(duì)于三次諧波和交調(diào)失真為-50dB 。希望儀表產(chǎn)生的附加成分（包含諧波失真和噪聲）比真實(shí)輸入信號(hào)低 20d B，這時(shí)儀表給測(cè)試結(jié)果帶來(lái)的誤差為0.04d B。（無(wú)論如何，為了減小儀表內(nèi)部存在的附加成分所弓｝起的測(cè)量誤差，內(nèi)部失真必須遠(yuǎn)低于測(cè)試技術(shù)指標(biāo)。）

　　在實(shí)際測(cè)試中，可以通過(guò)改變輸入衰減器測(cè)試來(lái)確定頻譜儀的最佳混頻器電平，而不需進(jìn)行計(jì)算。改變衰減器確定最佳混頻電平的具體過(guò)程是持續(xù)增加衰減，直到信號(hào)或失真電平與以前的值相比不變化。此時(shí)再稍增加衰減器使混頻器電平稍低于最佳混頻器電平，這是利用輸入衰減影引導(dǎo)到的最好混頻電平。有的頻譜儀可以通過(guò)噪聲抵消技術(shù)來(lái)減低儀表內(nèi)部噪聲對(duì)測(cè)試的影響，擴(kuò)展測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。噪聲抵消的具體過(guò)程是儀表首先對(duì)內(nèi)部噪聲進(jìn)行測(cè)試，在實(shí)際測(cè)試被測(cè)量信號(hào)時(shí)，將信號(hào)中內(nèi)部噪聲部分消除。

　　通過(guò)對(duì)圖17 頻譜圖的觀察，可以看到：在偏離載波 0 . 1 一10MHz 范圍內(nèi)測(cè)試的動(dòng)態(tài)范圍是不同的。在偏移載波信號(hào)近端，測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍會(huì)受到本振相位噪聲的影響而變差。

　　在偏移載波大于1MHz范圍內(nèi)，儀表測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍：

　　在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，容易測(cè)量- 6OdBc 的雜波。離開(kāi)載波1MHz 之外，靈敏度不受噪聲邊帶的影響，因此可用較寬的分辨帶寬和較快的掃描時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。

　　在離開(kāi)載波 1 OokHz 之內(nèi)，由于存在噪聲邊帶使靈敏度降低。因此，測(cè)量需要較窄的分辨帶寬和較慢的掃描時(shí)間。有時(shí)候因?yàn)樵肼曔厧叨荒苓M(jìn)行測(cè)量。

　　分析一個(gè)頻譜分析儀測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍的具體例子如圖18 所示。

　　儀表在被測(cè)頻段的靈敏度為-1 55d B m ，測(cè)試對(duì)象是一個(gè) 1 O0kBz 頻率帶寬內(nèi)的雜散信號(hào)，要求其幅度小于-95d B m ，該信號(hào)偏移 1OMHz 處存在一個(gè) 10d ：B m 的大信號(hào)，所以這是個(gè)大信號(hào)背景下一個(gè)弱信號(hào)的測(cè)試問(wèn)題。因?yàn)檩斎胄盘?hào)中包含大信號(hào)，該信號(hào)也會(huì)進(jìn)入儀表的處理通道，不管當(dāng)前頻率掃寬的設(shè)置是否可以觀察到該信號(hào)，儀表的輸入衰減器設(shè)置必須考慮該大功率信號(hào)的存在。所以?xún)x表輸入衰減器設(shè)置為 20dB，這樣保證混頻器工作電平在規(guī)定范圍內(nèi)。

　　頻譜儀的測(cè)試靈敏度是在0dB 衰減下得到的定義，在輸入衰減為 2OdB 的條件下，噪聲電平會(huì)惡化 20dB，變?yōu)椋?/p>

　　-155dBm/HZ 20dB=-135dBm / Hz

　　相應(yīng)100kHz 帶寬內(nèi)，噪聲電平為：

　　-135dB/Hz 10lg( 100 *103 ）=-135 50 =- 85dBm / 10OkHz

　　被測(cè)信號(hào)要求為-95d B m ，所以此時(shí)儀表的靈敏度不能保證對(duì)該信號(hào)的測(cè)試。

　　回憶一下提高頻譜分析儀靈敏度的技術(shù)方法：減小 R B W ;減小衰減器;減小 VBW 。因?yàn)闇y(cè)試對(duì)象是噪聲，其功率與測(cè)量帶寬有關(guān)，所以?xún)x表的 RBW 不能更改。因此，現(xiàn)在只能通過(guò)減小衰減器設(shè)值來(lái)提高測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍，在小衰減狀態(tài)下，輸入信號(hào)中的大功率成分會(huì)使儀表過(guò)載而造成失真，為消除其影響，只能通過(guò)帶通或陷波處理來(lái)抑制大信號(hào)。實(shí)際上，這是頻譜儀的分時(shí)測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍，可以和儀表的功率測(cè)試范圍（最大輸入電平一靈敏度）相同。