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前言：

網絡分析儀和頻譜分析儀也許是射頻工程師使用頻率最高的兩款儀表，在使用儀器之前很有必須像IC設計那樣，對儀器儀表的整個性能進行初步的了解。通常儀器也有規格書，也就是IC行業內提到的“datasheet”。理解和了解儀器的技術指標可以使得使用者預期該儀器在特定測量情況下的測試情況，簡單來說就是，用戶可以根據儀表的指標確定測量的總體精度和準確度。儀器的技術參數會有很多專業的術語，對于剛剛接觸儀器的工程師來說，理解起來或許有些晦澀難懂。在此，我們對經常遇到的一些技術指標進行簡單的說明，有幫助于大家更好的讀懂規格書。

儀表性能指標類型：

當我們在閱讀儀器儀器的規格書時，通常會發現性能指標有很多不同的定義，基本上分為以下三類：

1.技術指標：技術指標通常是描述0-55°C（或者25 °C ±5 °C）之間儀器質量保證的性能參數，出廠后的每臺儀器都要經過測試以驗證滿足該指標，而且還要考慮用來測試該儀器自身的測量不確定度，所有的出廠儀器必須100%滿足技術指標，通常廠家的技術指標都比較保守，到貨后的儀器基本上都會或多或少的高于技術指標。

有些儀器儀表供應商可能會對某些儀器指標使用“2sigma”或者95%置信度，所以在評估或者使用不同供應商的儀器儀表時，為了獲得準確的對比，很重要的是要確保進行對比的是同一類型的數據。

2.典型指標：典型性能描述儀器儀表質量保證中不涵蓋的其他產品性能指標，通常會比技術指標規定的性能要高。表示80%的設備在溫度20到30°C時置信度為95%的性能指標。典型性能不包含測量不確定度，生成過程中會對所有的儀器進行測試以獲得典型性能指標。換句話說，典型指標是廠家不能100%保證的。

3.標稱值：標稱值是指儀器預期的性能或是對儀器的測量應用有意義的指標，但是這些指標不被儀器質量保證所覆蓋。標稱值在儀器生產過程中一般不經過測試。

除了上述常見的性能指標外，在有的儀器上會遇到特征值的概念，比如說大多數射頻類儀表，輸出的阻抗特征值都是50Ω，但是這個值是在出廠時候標定的，如果在實際使用過程中，由于增加線纜或者轉接頭等其他外界硬件的存在，其阻抗值有可能偏離50Ω的。本文后面的討論指標，都是基于技術指標來說明的。

源相關的技術指標

網絡分析儀中的信號源和頻譜分析儀中的跟蹤發生器的輸出頻率和幅度都有一定的誤差，出廠的技術規格書上都會對這些誤差進行描述，如果說源和接收機共用同一個參考振蕩器時，源的頻率指標和接收機的頻率指標相同。

在理想的情況下，源的輸出只產生一個頻率（單音）即所需要的基波頻率。實際上，源還會產生其它的頻率成分，即有諧波頻率，也有非諧波頻率。對于諧波頻率來說，通常會落到接收機的通帶外，不會對測量產生太大的影響，然而，非諧波頻率反之，因為它可能隨機出現，儀器的源必須要具有足夠低的非諧波頻率，而且這些頻率成分還不能在接近源頻率的附近出現，這樣才能確保不會影響測試。

頻率分辨率：頻率分辨率指標表明當調節源的頻率時，能夠實現的最小變化，例如，具有0.001Hz的頻率分辨力的源，可以調整到100.001Hz、100.002Hz和100.003Hz,但是調整不到100.0001Hz.頻率分辨力指標不規定源的頻率調節精度如何，只表明能調節到多么細。

頻率穩定度：由于熱效應、老化以及其他效應，源的頻率將隨時間而變化。頻率穩定度描述了長期的頻率漂移，通常以每百萬分之一為單位，通常還會附帶規定的溫度范圍（短期的頻率波動由相位噪聲引起）。典型的頻率穩定度指標是天，在這個指標下，100MHz的源頻率可能的變化時（）（100MHz）=

。

電平精度：電平精度表明在輸出端或源的功率電平有多大的誤差，通常在一個頻率與功率電平上指定，同時附帶有描述在其它輸出電平上精度的線性指標，以及描述電平如何隨頻率變化的平坦度指標，

電平線性度：電平的線性度描述電平精度如何隨輸出電平的改變而變化，通常它以表格形式針對特定的輸出功率范圍給出所規定的精度指標，例如：

??????????????? 誤差 ????????? 輸出電平

???????????? ? ??????? -5dBm 至 +15dBm

?????????????? ??????? +15dBm 至 +20dBm

平坦度：平坦度指標描述源功率電平的頻率響應，這個指標不表明源功率的絕對精度，而是指明它隨頻率的變化多大。例如，? 的平坦度指標意味著，對于給定的幅度值，實際源功率電平在掃頻時，相對于一個低頻的幅度測量，可能有2dB范圍的變化，

阻抗：源的標稱輸出阻抗是非常重要的，因為一個Z₀（例如50Ω）系統需要一個輸出阻抗為Z₀的源來激勵。另外這個Z₀源阻抗的質量通常以回波損耗或者SWR來表示，在評估因源的不理想匹配所造成的測量誤差時，這是很重要的參量。典型的指標為：大于30 dB的回波損耗。

相位噪聲:相位噪聲描述源頻率在短時間內的變化。相位噪聲以在對源頻率的某一頻率偏移上歸一化到1Hz帶寬的dBc(相對于”載波”或源頻率的dB數)表示，典型的指標表述為在10KHz偏移處（1Hz BW）。

諧波：輸出信號中的諧波分量通常用dBc表示(相對于基波的dB值，通常情況下為基波)典型的指標為：。

非諧波雜散信號：源可能會產生一些其它的信號，相對于源頻率并不是諧波的雜散信號，這些雜散信號通常也是用dBc表示，典型的指標為：<-80dBc。

接收機相關的技術指標

接收機特性表征測量信號的準確度。理想情況下。接收機只對輸入端的預期信號進行響應，而不會對噪聲、失真以及其他包含在測量中的其他雜散信號產生響應。

輸入阻抗：如果需要在接收機的輸入端接入被測件的一個端口，則接收機的標稱輸入阻抗是很重要的。通常，對于Z0(例如50Ω)輸入端都給出與其相關聯的回波損耗或SWR指標，以便評估失配誤差。典型的指標VSWR：1.29。

需要注意的是，部分分析儀工作在低頻的時候，還有可能提供一個高阻輸入，給出的標稱值通常是電阻和電容值（例如1MΩ和30pF）。

顯示平均噪聲電平（DANL）：描述分析儀基本靈敏度和噪聲性能，通常是使用1Hz RBW來進行測試。表示在沒有信號輸入時，分析儀由于噪聲而顯示的值。如果信號低于這個值，就不能夠被檢測出來，如果輸入信號高于這個水平，就能夠被正確的檢測出來（受到準確度影響），典型的指標為：-150dBm(1Hz BW)

二階諧波失真:由于器件的非線性引起的，根據失真模型可以等效為二階諧波截獲或者二階截獲。通常情況下，在特定的輸入電平下，使用dBm來表示，典型的指標為：SHI =+45dBm.

三階截獲（TOI）：根據失真模型來表示接收機的失真性能，典型的指標：TOI=+18dBm

雜散響應：與輸入信號沒有關系，在分析儀上顯示出來的錯誤信號，典型的指標：與最大輸入功率相對，至少。

殘余響應：雜散響應中的一種特殊情況，當沒有輸入信號時，分析儀由于自身的不完善性，而出現在顯示器上的信號。

與輸入相關的雜散響應：是分析儀在接有輸入信號的情況下，由于內部的不完善性而出現在顯示器上的信號，當去掉輸入信號后，這些響應隨即消失。這些響應是分析儀內部各部分硬件的產物（特別是本振的雜散信號），他們不同于失真分量，因為他們產生在與輸入頻率不直接相關的頻率上。

直流響應/本振饋通：大多數工作于接近0Hz的分析儀都在直流上產生響應。在掃頻分析儀中，這主要是由于本振饋通所造成的。在FFT分析儀中，這種響應是由于信號通路中的直流偏置造成的，通常，對這種在0Hz上的響應的電平以相對于滿刻度響應的dB數作為指標。對于低頻限制明顯高于0Hz(例如，100kH)的分析儀，這一指標可以略去。典型指標：低于滿刻度輸入電平>33dB。

多通道網絡分析儀的幅度特性一般針對單通道情況及雙通道（或比值）情況給出指標。通常比值情況要更好些。因為其通道設計與制造在幅度和相位特性上都是一致的。因此，當將這些通道用于比值測量時，其幅度誤差被降低到通道相配的程度上，相位與延遲特性一般只對比值測量給出。

幅度絕對精度：通常接收機的絕對幅度精度都是針對滿刻度信號給出的指標，且可能限定于屏幕的中央。將動態精度指標附加于絕對精度指標，可確定較低幅度上的精度。另一種表示方法，幅度精度可以由幾種不同的技術指標組成，如中頻增益不確定度、射頻增益不確定度、幅度的溫度漂移等等

幅度動態精度：亦稱為增量精度或對數刻度保真度，這一指標表明分析儀在相對檢測中所達到的精確程度。也就是說，如果在輸入端信號變化1B，那么在分析儀顯示屏上表現出的變化是多少呢？典型的指標給出的是士0.05dB/B，這意味著對應信號電平1dB變化，可能造成的誤差是士0.05B。另一種表示方法，是以表格形式給出指標，針對每一測量范圍規定了誤差限。由于這一指標表示了在實行歸一化后所剩余的主要誤差，故它很重要。

幅度分辨力：分析儀可以檢測的最小幅度變化，往往與標記或光標的讀出有關。分辨力應當明顯高于典型的幅度精度，這樣它才不會使精度受到局限。

幅度頻率響應或平坦度：這一指標給出了由于改變了頻率造成的幅度響應的變化。在接收機的絕對精度只在一個頻率點上給出指標的情況下，為了確定在其它頻率上的誤差，必須附加幅度平坦度指標。在不采用歸一化實現網絡測量的場合，幅度平坦度的指標也是十分重要的。

相位技術指標一般只用于在相對或比值相位測量中一起使用兩個接收機通道的情況。

相位精度：通常接收機的絕對相位精度是針對滿刻度信號給出指標，且可能限定于屏幕的中央。將動態精度指標附加于絕對精度指標，可確定較低幅度上的相位精度。

相位動態精度：一這一指標表明隨著信號幅度的變化，分析儀相位響應的精確程度，由于它表示了在實行歸一化后所剩余的主要誤差，因此這一指標很重要。

相位分辨力：分析儀可以檢測的最小相位變化，往往與標記或光標有關。分辨力應當明顯高于典型的相位精度，這樣它才不會使精度受到局限。

相位頻率響應：這一指標給出了由于改變了頻率造成的相位響應的變化。在接收機的色對相位精度只在一個頻率點上給出指標的情況下，為了確定在其它頻率上的誤差，必須附加給出相位頻率響應的指標。在不采用歸一化實現網絡測量的場合，相位頻率響應指標也是十分要的。

延遲指標：由于大多數分析儀都是由相位測量計算延遲測量，故延遲的技術指標是通相位指標的換算得到的。例如，延遲精度要由下式給出：

延遲精度=（相位精度）/(360×延遲孔徑)

式中相位精度的單位是度（°），延遲孔徑的單位為Hz.

頻譜儀的動態范圍

頻譜分析儀的動態范圍是接收機的一個技術指標（或者更精確地說，是接收機的一組技術指標），其重要程度值得我們單獨說明。動態范圍給出了可以同時可靠地測量出的信號電平范圍，實際上，它描述了接收機在存在巨大信號的情況下測量小信號的能力。這種能力對于分析儀的功能是至關重要的。因為分析儀的主要功能就是測量信號的各個頻率成分或者一個網絡的頻率響應。

動態范圍定義為在輸入端同時存在且可以達到一定精度測量的兩個信號電平的最大比值（IEEE 1979）。我們可以設想將兩個信號輸入分析儀的輸入端，一個信號是該分析儀輸入范圍內所允許的最大電平，而另一個信號電平則相當小（下圖）。使較小信號的幅度降低，直至分析不再能檢測到它為止。就在較小的信號剛好能被測量時，這兩信號電平的比值（以dB表示）便定義為該分析儀的動態范圍。

使小信號不能檢測的因素可能有哪些呢？當我們降低它的幅度時，諸如分析儀的剩余響應、大信號下的諧波失真（因分析儀的不完善）以及分析儀的內部噪聲之類的因素都將大得足以掩蓋該小信號。也許，小信號并不正好落在大信號某諧波的頂部。但是當考慮的是一般情況時，我們必須假定出現這種可能的情況。另外，我們可能注意到，不能指出小信號與失真分量或剩余響應等分析儀的不完善之間有什么區別，因此，儀器的動態范圍決定了我們能夠可靠地進行測量的幅度范圍。下圖示出了可能限制分析儀動態范圍的各種誤差因素。

在分析儀的輸入端是單一頻率的信號，但由于諧波失真分析儀內部產生了它的許多諧波。為簡單起見，我們只假定有一個輸新率。如果不止一個頻率，則還會有各種互調失真分量（除諧波失真外）。其它的誤差源有分析儀中的剩余響應和與輸入相關的假響應。如果諧波、剩余響應或雜散響應低于基波（例如120dB），則分析儀的動態范圍則被設定為120dBm。幅度最高的那個響應將最終限制動態范圍，限制動態范圍的第三個因素是分析儀的內部噪聲，它造成的本底噪聲使低于它的信號不能被測量，此噪聲測量電平取決于所采用的分辨帶寬（RBW），較窄的帶寬使進入測量的噪聲少，從而降低了噪聲的測量電平。這三種因素（失真，剩余/雜散響應和噪聲）中的任何一種都可能限制儀器器的動態范圍。

儀器用戶可以采取某些措施，使針對其特定測量應用的動態范圍最佳，如果是噪聲限制了動態范圍，則減小預期的帶寬（通過平均或濾波的方法）可降低分析儀測量的噪聲電平，同時并不影響所測量的信號電平，如果失真分量是限制因素，則可通過降低信號電平的方法減小它們，失真分量幅度的下降要比信號電平大得多，從而使動態范圍增大。可以用由用戶提供的外部衰減器或者分析儀的內部衰減器降低信號的電平，當然，隨著信號電平的降低，動態范圍又可能受到本底噪聲的限制。

失真和噪聲對動態范圍的影響通常會在儀器規格書中如下圖所示，橫軸是輸入到混頻器端的功率，等效于輸入信號功率再加上內部預放或者衰減器以及外部的影響。

首先，我們來看下DANL（平均顯示噪聲）的線，可以看到混頻器端功率-25dBm時，DANL的值是低于混頻器功能功率130dB,這種情況下，DANL就會限制相對動態范圍最大到130dB,(此時的分析儀動態范圍是–25 dBm–130dB=–155dBm)，隨著混頻器輸入功率降低（從右向左移動），相對DANL電平在增加，直到混頻器輸入功率達到-80dBm時，相對DANL值是-75dBm。換句話說，隨著混頻器輸入功率的降低，最終DANL會限制分析儀的測量動態范圍。

接著，我們來看下二階諧波失真曲線，具有正向的斜率。當混頻器輸入功率是-25dBm時，相對于混頻器功率二階諧波失真是75dB，當混頻器功率降低，二階諧波失真的相對值隨著降低，直到混頻器功率降到-80dBm，二階諧波失真相對值是-130dB,因此，混頻器端較高的輸入功率會導致二階諧波限制系統動態范圍，反而較低的輸入功率，諧波性能顯著改善。三階交調失真曲線表現出相同的特性，但是具有更大的斜率。意味著隨著輸入信號功率的變化，三階曲線變化的更快，詳細信息可以參考頻譜儀失真模型（AN150）。

上圖中給出了定量評估頻譜分析儀動態范圍的最佳方法，需要記住的是DANL是歸一化到1Hz分辨率帶寬（RBW）時進行測量的，使用這么小的分辨率帶寬測量的時候掃描速度會很慢，使用更寬的分辨率帶寬（RBW），可以加快測量速度，但是底噪會比較大。

網絡分析的動態范圍

作為一個獨立的產品類別，網絡分析儀同時具有源和接收機，并且具有很強大的測試能力，現代的網絡分析儀是一個完整的測試系統，可以準確的測量高達THz的射頻器件，因此網絡分析的技術參數已經可以反映整個系統性能，網絡分析儀獨有的校準功能，可以實現高精度的測量，從早期的標量校準到現在矢量校準，可以修正測試環境帶來的各種誤差項。

對于網絡分析儀來說，動態范圍的考慮多少有些不同。必須考慮源和接收機兩者的頻譜特性，因為其中任何一個都可能限制動態范圍。在頻譜測量的情況下，對于輸入信號了解得很少；而在網絡測量的情況下，源和接收機都調諧到同一頻率上。由于諧波將落在接收機的通帶之外，因此諧波失真（源和接收機中的）一般不再成問題。因為網絡測量是在只用一個頻率激勵線性的或接近線性的DUT的情況下實現的，故通常互調失真可以忽略。

源的雜散響應有可能造成測量誤差，但一般并不限制動態范圍。由于源總是調節在測量頻率上，其幅度遠大于雜散響應頻率的幅度，被測器件對這些雜散響應與所要測量源頻率一起衰減。

接下來分析儀的不完善限制網絡測量動態范圍的是接收機的殘余響應和接收機的本底噪聲，與頻譜分析儀中的情況一樣，使預期的帶寬變窄可以降低本底噪聲，但是，這要增加測量的時間。

網絡分析儀的動態范圍通常是在特定的頻率下以及其他限定條件下，用dB表示，如下圖示。

－?The End －

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