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前言：

网络分析仪和频谱分析仪也许是射频工程师使用频率最高的两款仪表，在使用仪器之前很有必须像IC设计那样，对仪器仪表的整个性能进行初步的了解。通常仪器也有规格书，也就是IC行业内提到的“datasheet”。理解和了解仪器的技术指标可以使得使用者预期该仪器在特定测量情况下的测试情况，简单来说就是，用户可以根据仪表的指标确定测量的总体精度和准确度。仪器的技术参数会有很多专业的术语，对于刚刚接触仪器的工程师来说，理解起来或许有些晦涩难懂。在此，我们对经常遇到的一些技术指标进行简单的说明，有帮助于大家更好的读懂规格书。

仪表性能指标类型：

当我们在阅读仪器仪器的规格书时，通常会发现性能指标有很多不同的定义，基本上分为以下三类：

1.技术指标：技术指标通常是描述0-55°C（或者25 °C ±5 °C）之间仪器质量保证的性能参数，出厂后的每台仪器都要经过测试以验证满足该指标，而且还要考虑用来测试该仪器自身的测量不确定度，所有的出厂仪器必须100%满足技术指标，通常厂家的技术指标都比较保守，到货后的仪器基本上都会或多或少的高于技术指标。

有些仪器仪表供应商可能会对某些仪器指标使用“2sigma”或者95%置信度，所以在评估或者使用不同供应商的仪器仪表时，为了获得准确的对比，很重要的是要确保进行对比的是同一类型的数据。

2.典型指标：典型性能描述仪器仪表质量保证中不涵盖的其他产品性能指标，通常会比技术指标规定的性能要高。表示80%的设备在温度20到30°C时置信度为95%的性能指标。典型性能不包含测量不确定度，生成过程中会对所有的仪器进行测试以获得典型性能指标。换句话说，典型指标是厂家不能100%保证的。

3.标称值：标称值是指仪器预期的性能或是对仪器的测量应用有意义的指标，但是这些指标不被仪器质量保证所覆盖。标称值在仪器生产过程中一般不经过测试。

除了上述常见的性能指标外，在有的仪器上会遇到特征值的概念，比如说大多数射频类仪表，输出的阻抗特征值都是50Ω，但是这个值是在出厂时候标定的，如果在实际使用过程中，由于增加线缆或者转接头等其他外界硬件的存在，其阻抗值有可能偏离50Ω的。本文后面的讨论指标，都是基于技术指标来说明的。

源相关的技术指标

网络分析仪中的信号源和频谱分析仪中的跟踪发生器的输出频率和幅度都有一定的误差，出厂的技术规格书上都会对这些误差进行描述，如果说源和接收机共用同一个参考振荡器时，源的频率指标和接收机的频率指标相同。

在理想的情况下，源的输出只产生一个频率（单音）即所需要的基波频率。实际上，源还会产生其它的频率成分，即有谐波频率，也有非谐波频率。对于谐波频率来说，通常会落到接收机的通带外，不会对测量产生太大的影响，然而，非谐波频率反之，因为它可能随机出现，仪器的源必须要具有足够低的非谐波频率，而且这些频率成分还不能在接近源频率的附近出现，这样才能确保不会影响测试。

频率分辨率：频率分辨率指标表明当调节源的频率时，能够实现的最小变化，例如，具有0.001Hz的频率分辨力的源，可以调整到100.001Hz、100.002Hz和100.003Hz,但是调整不到100.0001Hz.频率分辨力指标不规定源的频率调节精度如何，只表明能调节到多么细。

频率稳定度：由于热效应、老化以及其他效应，源的频率将随时间而变化。频率稳定度描述了长期的频率漂移，通常以每百万分之一为单位，通常还会附带规定的温度范围（短期的频率波动由相位噪声引起）。典型的频率稳定度指标是天，在这个指标下，100MHz的源频率可能的变化时（）（100MHz）=

。

电平精度：电平精度表明在输出端或源的功率电平有多大的误差，通常在一个频率与功率电平上指定，同时附带有描述在其它输出电平上精度的线性指标，以及描述电平如何随频率变化的平坦度指标，

电平线性度：电平的线性度描述电平精度如何随输出电平的改变而变化，通常它以表格形式针对特定的输出功率范围给出所规定的精度指标，例如：

                误差           输出电平

                       -5dBm 至 +15dBm

                       +15dBm 至 +20dBm

平坦度：平坦度指标描述源功率电平的频率响应，这个指标不表明源功率的绝对精度，而是指明它随频率的变化多大。例如，  的平坦度指标意味着，对于给定的幅度值，实际源功率电平在扫频时，相对于一个低频的幅度测量，可能有2dB范围的变化，

阻抗：源的标称输出阻抗是非常重要的，因为一个Z₀（例如50Ω）系统需要一个输出阻抗为Z₀的源来激励。另外这个Z₀源阻抗的质量通常以回波损耗或者SWR来表示，在评估因源的不理想匹配所造成的测量误差时，这是很重要的参量。典型的指标为：大于30 dB的回波损耗。

相位噪声:相位噪声描述源频率在短时间内的变化。相位噪声以在对源频率的某一频率偏移上归一化到1Hz带宽的dBc(相对于”载波”或源频率的dB数)表示，典型的指标表述为在10KHz偏移处（1Hz BW）。

谐波：输出信号中的谐波分量通常用dBc表示(相对于基波的dB值，通常情况下为基波)典型的指标为：。

非谐波杂散信号：源可能会产生一些其它的信号，相对于源频率并不是谐波的杂散信号，这些杂散信号通常也是用dBc表示，典型的指标为：<-80dBc。

接收机相关的技术指标

接收机特性表征测量信号的准确度。理想情况下。接收机只对输入端的预期信号进行响应，而不会对噪声、失真以及其他包含在测量中的其他杂散信号产生响应。

输入阻抗：如果需要在接收机的输入端接入被测件的一个端口，则接收机的标称输入阻抗是很重要的。通常，对于Z0(例如50Ω)输入端都给出与其相关联的回波损耗或SWR指标，以便评估失配误差。典型的指标VSWR：1.29。

需要注意的是，部分分析仪工作在低频的时候，还有可能提供一个高阻输入，给出的标称值通常是电阻和电容值（例如1MΩ和30pF）。

显示平均噪声电平（DANL）：描述分析仪基本灵敏度和噪声性能，通常是使用1Hz RBW来进行测试。表示在没有信号输入时，分析仪由于噪声而显示的值。如果信号低于这个值，就不能够被检测出来，如果输入信号高于这个水平，就能够被正确的检测出来（受到准确度影响），典型的指标为：-150dBm(1Hz BW)

二阶谐波失真:由于器件的非线性引起的，根据失真模型可以等效为二阶谐波截获或者二阶截获。通常情况下，在特定的输入电平下，使用dBm来表示，典型的指标为：SHI =+45dBm.

三阶截获（TOI）：根据失真模型来表示接收机的失真性能，典型的指标：TOI=+18dBm

杂散响应：与输入信号没有关系，在分析仪上显示出来的错误信号，典型的指标：与最大输入功率相对，至少。

残余响应：杂散响应中的一种特殊情况，当没有输入信号时，分析仪由于自身的不完善性，而出现在显示器上的信号。

与输入相关的杂散响应：是分析仪在接有输入信号的情况下，由于内部的不完善性而出现在显示器上的信号，当去掉输入信号后，这些响应随即消失。这些响应是分析仪内部各部分硬件的产物（特别是本振的杂散信号），他们不同于失真分量，因为他们产生在与输入频率不直接相关的频率上。

直流响应/本振馈通：大多数工作于接近0Hz的分析仪都在直流上产生响应。在扫频分析仪中，这主要是由于本振馈通所造成的。在FFT分析仪中，这种响应是由于信号通路中的直流偏置造成的，通常，对这种在0Hz上的响应的电平以相对于满刻度响应的dB数作为指标。对于低频限制明显高于0Hz(例如，100kH)的分析仪，这一指标可以略去。典型指标：低于满刻度输入电平>33dB。

多通道网络分析仪的幅度特性一般针对单通道情况及双通道（或比值）情况给出指标。通常比值情况要更好些。因为其通道设计与制造在幅度和相位特性上都是一致的。因此，当将这些通道用于比值测量时，其幅度误差被降低到通道相配的程度上，相位与延迟特性一般只对比值测量给出。

幅度绝对精度：通常接收机的绝对幅度精度都是针对满刻度信号给出的指标，且可能限定于屏幕的中央。将动态精度指标附加于绝对精度指标，可确定较低幅度上的精度。另一种表示方法，幅度精度可以由几种不同的技术指标组成，如中频增益不确定度、射频增益不确定度、幅度的温度漂移等等

幅度动态精度：亦称为增量精度或对数刻度保真度，这一指标表明分析仪在相对检测中所达到的精确程度。也就是说，如果在输入端信号变化1B，那么在分析仪显示屏上表现出的变化是多少呢？典型的指标给出的是士0.05dB/B，这意味着对应信号电平1dB变化，可能造成的误差是士0.05B。另一种表示方法，是以表格形式给出指标，针对每一测量范围规定了误差限。由于这一指标表示了在实行归一化后所剩余的主要误差，故它很重要。

幅度分辨力：分析仪可以检测的最小幅度变化，往往与标记或光标的读出有关。分辨力应当明显高于典型的幅度精度，这样它才不会使精度受到局限。

幅度频率响应或平坦度：这一指标给出了由于改变了频率造成的幅度响应的变化。在接收机的绝对精度只在一个频率点上给出指标的情况下，为了确定在其它频率上的误差，必须附加幅度平坦度指标。在不采用归一化实现网络测量的场合，幅度平坦度的指标也是十分重要的。

相位技术指标一般只用于在相对或比值相位测量中一起使用两个接收机通道的情况。

相位精度：通常接收机的绝对相位精度是针对满刻度信号给出指标，且可能限定于屏幕的中央。将动态精度指标附加于绝对精度指标，可确定较低幅度上的相位精度。

相位动态精度：一这一指标表明随着信号幅度的变化，分析仪相位响应的精确程度，由于它表示了在实行归一化后所剩余的主要误差，因此这一指标很重要。

相位分辨力：分析仪可以检测的最小相位变化，往往与标记或光标有关。分辨力应当明显高于典型的相位精度，这样它才不会使精度受到局限。

相位频率响应：这一指标给出了由于改变了频率造成的相位响应的变化。在接收机的色对相位精度只在一个频率点上给出指标的情况下，为了确定在其它频率上的误差，必须附加给出相位频率响应的指标。在不采用归一化实现网络测量的场合，相位频率响应指标也是十分要的。

延迟指标：由于大多数分析仪都是由相位测量计算延迟测量，故延迟的技术指标是通相位指标的换算得到的。例如，延迟精度要由下式给出：

延迟精度=（相位精度）/(360×延迟孔径)

式中相位精度的单位是度（°），延迟孔径的单位为Hz.

频谱仪的动态范围

频谱分析仪的动态范围是接收机的一个技术指标（或者更精确地说，是接收机的一组技术指标），其重要程度值得我们单独说明。动态范围给出了可以同时可靠地测量出的信号电平范围，实际上，它描述了接收机在存在巨大信号的情况下测量小信号的能力。这种能力对于分析仪的功能是至关重要的。因为分析仪的主要功能就是测量信号的各个频率成分或者一个网络的频率响应。

动态范围定义为在输入端同时存在且可以达到一定精度测量的两个信号电平的最大比值（IEEE 1979）。我们可以设想将两个信号输入分析仪的输入端，一个信号是该分析仪输入范围内所允许的最大电平，而另一个信号电平则相当小（下图）。使较小信号的幅度降低，直至分析不再能检测到它为止。就在较小的信号刚好能被测量时，这两信号电平的比值（以dB表示）便定义为该分析仪的动态范围。

使小信号不能检测的因素可能有哪些呢？当我们降低它的幅度时，诸如分析仪的剩余响应、大信号下的谐波失真（因分析仪的不完善）以及分析仪的内部噪声之类的因素都将大得足以掩盖该小信号。也许，小信号并不正好落在大信号某谐波的顶部。但是当考虑的是一般情况时，我们必须假定出现这种可能的情况。另外，我们可能注意到，不能指出小信号与失真分量或剩余响应等分析仪的不完善之间有什么区别，因此，仪器的动态范围决定了我们能够可靠地进行测量的幅度范围。下图示出了可能限制分析仪动态范围的各种误差因素。

在分析仪的输入端是单一频率的信号，但由于谐波失真分析仪内部产生了它的许多谐波。为简单起见，我们只假定有一个输新率。如果不止一个频率，则还会有各种互调失真分量（除谐波失真外）。其它的误差源有分析仪中的剩余响应和与输入相关的假响应。如果谐波、剩余响应或杂散响应低于基波（例如120dB），则分析仪的动态范围则被设定为120dBm。幅度最高的那个响应将最终限制动态范围，限制动态范围的第三个因素是分析仪的内部噪声，它造成的本底噪声使低于它的信号不能被测量，此噪声测量电平取决于所采用的分辨带宽（RBW），较窄的带宽使进入测量的噪声少，从而降低了噪声的测量电平。这三种因素（失真，剩余/杂散响应和噪声）中的任何一种都可能限制仪器器的动态范围。

仪器用户可以采取某些措施，使针对其特定测量应用的动态范围最佳，如果是噪声限制了动态范围，则减小预期的带宽（通过平均或滤波的方法）可降低分析仪测量的噪声电平，同时并不影响所测量的信号电平，如果失真分量是限制因素，则可通过降低信号电平的方法减小它们，失真分量幅度的下降要比信号电平大得多，从而使动态范围增大。可以用由用户提供的外部衰减器或者分析仪的内部衰减器降低信号的电平，当然，随着信号电平的降低，动态范围又可能受到本底噪声的限制。

失真和噪声对动态范围的影响通常会在仪器规格书中如下图所示，横轴是输入到混频器端的功率，等效于输入信号功率再加上内部预放或者衰减器以及外部的影响。

首先，我们来看下DANL（平均显示噪声）的线，可以看到混频器端功率-25dBm时，DANL的值是低于混频器功能功率130dB,这种情况下，DANL就会限制相对动态范围最大到130dB,(此时的分析仪动态范围是–25 dBm–130dB=–155dBm)，随着混频器输入功率降低（从右向左移动），相对DANL电平在增加，直到混频器输入功率达到-80dBm时，相对DANL值是-75dBm。换句话说，随着混频器输入功率的降低，最终DANL会限制分析仪的测量动态范围。

接着，我们来看下二阶谐波失真曲线，具有正向的斜率。当混频器输入功率是-25dBm时，相对于混频器功率二阶谐波失真是75dB，当混频器功率降低，二阶谐波失真的相对值随着降低，直到混频器功率降到-80dBm，二阶谐波失真相对值是-130dB,因此，混频器端较高的输入功率会导致二阶谐波限制系统动态范围，反而较低的输入功率，谐波性能显著改善。三阶交调失真曲线表现出相同的特性，但是具有更大的斜率。意味着随着输入信号功率的变化，三阶曲线变化的更快，详细信息可以参考频谱仪失真模型（AN150）。

上图中给出了定量评估频谱分析仪动态范围的最佳方法，需要记住的是DANL是归一化到1Hz分辨率带宽（RBW）时进行测量的，使用这么小的分辨率带宽测量的时候扫描速度会很慢，使用更宽的分辨率带宽（RBW），可以加快测量速度，但是底噪会比较大。

网络分析的动态范围

作为一个独立的产品类别，网络分析仪同时具有源和接收机，并且具有很强大的测试能力，现代的网络分析仪是一个完整的测试系统，可以准确的测量高达THz的射频器件，因此网络分析的技术参数已经可以反映整个系统性能，网络分析仪独有的校准功能，可以实现高精度的测量，从早期的标量校准到现在矢量校准，可以修正测试环境带来的各种误差项。

对于网络分析仪来说，动态范围的考虑多少有些不同。必须考虑源和接收机两者的频谱特性，因为其中任何一个都可能限制动态范围。在频谱测量的情况下，对于输入信号了解得很少；而在网络测量的情况下，源和接收机都调谐到同一频率上。由于谐波将落在接收机的通带之外，因此谐波失真（源和接收机中的）一般不再成问题。因为网络测量是在只用一个频率激励线性的或接近线性的DUT的情况下实现的，故通常互调失真可以忽略。

源的杂散响应有可能造成测量误差，但一般并不限制动态范围。由于源总是调节在测量频率上，其幅度远大于杂散响应频率的幅度，被测器件对这些杂散响应与所要测量源频率一起衰减。

接下来分析仪的不完善限制网络测量动态范围的是接收机的残余响应和接收机的本底噪声，与频谱分析仪中的情况一样，使预期的带宽变窄可以降低本底噪声，但是，这要增加测量的时间。

网络分析仪的动态范围通常是在特定的频率下以及其他限定条件下，用dB表示，如下图示。

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