频谱仪进行准确的信号功率测量

　　根据窄带高斯噪声的统计分布，带内高斯噪声分布为瑞利分布。

　　式中，ρ为噪声随机包络，?为噪声的随机相位。

　　电压采样值线性平均后取对数：

　　电压采样值对数值平均(几何平均)：

　　可见，对于窄带高斯白噪声，对数平均比线性平均低1.45dB。即频谱仪测试时，采用对数平均(对数放大器打开)，对于电压测试值来说，幅度包络进行对数加权运算，对大信号放大的增益小，对小信号放大的增益大。在对数平均的情况下，要比线性平均小1.45dB，比真实平均功率小2.5dB。

　　频谱仪实现平均的方式

　　频谱仪实现平均的主要方式有四种：减小视频滤波器(VBW)使其小于中频带宽(RBW);平均值检波器(AV) ;RMS检波器;多次测量结果进行算术平均来作踪迹平滑。

　　视频滤波器是置于电压包络检波器之后，数字加权检波器之前的数字低通滤波器。视频滤波器对电压包络采样值在频域进行低通滤波，相当于时域采样值的平均。

　　AV检波器是对视频信号进行算术平均，获得电压平均值;RMS检波器是对视频信号进行均方根运算，能够获得功率平均值。

　　由取样检波器得到的平均噪声电平，当使用对数电平显示时，其平均值低1.45dB。当使用线性电平显示且大的视频带宽时(如VBW≥10RBW)，可和AV检波器一样得到真实的平均结果。

　　对于自动峰值检波器，不建议使用多踪迹平均。若打开平均功能，通常会自动切换到取样检波。

　　使用RMS检波器进行平均功率测试时，不允许过程中插入电压平均功能。因此，通常此时不允许进行踪迹平均，同理也不允许通过VBW进行平均，一般设VBW≥3RBW。根据平均功率和对数平均与线性平均值的关系，如果在使用RMS检波器时加入了上述平均设置，会使测试结果比实际值小2.5dB (其中包括线性平均的1.05dB和对数平均的1.45dB) 。

　　频谱仪常用功率测试方法及信号处理算法

　　在频谱仪的应用领域内，不管是通信信号的测试还是其它调制信号的测试，如广播、电视以及军用信号，通常在信号带宽内对整个信号平均功率的测试是十分重要的。以下将对两种主要的测试方法进行分析，以避免频谱仪使用过程中的错误设置。

信道功率

　　信道功率测试功能通过对信道带宽内的功率密度积分来进行信道功率的测量，获得信道带宽内的平均功率。

　　其中，PCH为信道功率，PD为功率密度，CHBW为信道带宽。

　　在应用中，上述算法会在选择的信道带宽内对像素点的线性值(Pi)求和后除以像素点数，再除以中频滤波器噪声带宽，乘以信道带宽，最后取对数。

　　其中：

　　BCH为信道带宽，单位为Hz;

　　BN,IF中频滤波器的噪声带宽，单位为Hz。

　　分辨率带宽(RBW)相对于要进行精确测量的信道带宽要很小。通常设为1%~3%的信道带宽。

　　信道功率测量一般采用RMS检波器，因为它得到的结果可以进行功率计算获得真正的信道内平均功率。有时可用采样检波器，但是测试结果存在偏差。由于对噪声或类似噪声的信号不能找出峰值或均值检波出的视频电压与输入信号功率的关系，因此不应采用峰值检波和均值检波。有些通信测试标准尤其是时分信号采用峰值检波检测瞬态功率，而不是平均功率。

　　当使用采样检波器时，如果显示的频谱范围相对于分辨率带宽很大，离散的信号分量(正弦波信号)可能由于频谱仪有限的屏幕像素点而被漏掉显示，因此信道或邻道功率的测量就不正确。因为数字调制信号是类噪声信号，取样检波得到踪迹就会类似噪声，不稳定。为了得到稳定的结果，需要采用踪迹平均，但平均后的信号测试结果会偏离真实值。

　　当选择使用RMS检波器时，每个像素点对应的功率是从多个电压测量值中得到的均方根结果，V2RMS对应的功率P是真正的平均功率。

　　通过增大扫描时间，每一像素点对应更多的电压采样值Vi，达到踪迹平滑的目的。因此，测量信道功率时选择RMS检波器优于取样检波器。

　　当使用RMS检波器或取样检波器时，通常此时不允许进行踪迹平均，同理也不允许通过VBW进行平均，一般设VBW≥3RBW。

　　当被测信号为脉冲和时分通信信号时，可加入时间门控功能，进行时隙内平均功率测试。

　　时域功率

　　根据频谱仪测试原理，如果选择的中频带宽RBW大于信号带宽，且VBW>RBW，设频谱仪扫描宽度SPAN=0，此时频谱仪的本振停止扫描，在中频带宽内进行单一频点的时域测量，显示横轴为时间、纵轴为幅度(功率)，显示的踪迹对应检波以后的电压采样值。本功能对于脉冲信号和时分通信信号的功率测试十分有用。

　　在频谱仪内部集成了一些算法，可以在设定的时间段内进行功率计算。要获得准确的功率测量结果，必须合理设置加权检波器和功率算法。通常采用的是采样值检波器。

　　采样值检波器踪迹显示的是电压包络采样值Vi。根据检波器和平均功率的关系，如果要得到平均功率，需要选择算法“RMS”;如果要得到峰值包络功率，选择“PEAK”;如果选择“MEAN”，则对应平均电压，没有与其对应的功率值。

　　深入了解频谱仪时域测试原理后，有时也可采用RMS检波方式。此时采用PEAK功率算法，获得设定时间段内的最大平均功率;选择“MEAN”获得设定时间段内的平均功率。这种方法有时会在时分通信信号测试中，对不同时隙功率进行测试时采用。

　　功率测试时频谱仪设置规则总结

　　综合文中所述，可以归纳出几点在功率测试中应注意的事项，有助于正确利用频谱仪，并得出较为准确的测试结果。

　　r频谱仪RMS检波对应平均功率

　　r高斯白噪声的峰均比为10dB~12dB

　　rRMS检波时，不允许进行踪迹平均，同时VBW≥3RBW

　　r需要平滑踪迹时，注意对数平均的结果小于线性平均(如1.45dB)

　　r信道功率测量

　　• 一般采用RMS检波

　　• 不允许进行踪迹平均

　　• VBW≥3RBW

　　• 否则测试值会比实际值小(最大2.51dB)

　　r时域功率测量

　　•用来测试脉冲和时分通信信号功率

　　•通常采用采样值检波

　　•VBW>RBW且RBW>信号带宽