实时频谱分析仪的的增益/衰减设置

  本应用指南介绍了如何通过三个用户可选的增益设置和可变衰减来控制ThinkRF R5500实时频谱分析仪的-418和-427模型中的宽带前端增益。它进一步说明了设置如何根据用户的使用需求在增益，噪声和线性度之间折衷。

R5500-418和-427的增益/衰减设置

  ThinkRF R5500实时频谱分析仪（RTSA） 允许用户通过三个用户可选设置来控制前端增益。这些设置允许根据用户最终的应用需要在增益，噪声和线性度之间进行折衷。较高的增益设置可用于通过同时放大信号和降低R5500的本底噪声电平来从噪声中提取低电平信号。相反，最低增益设置使R5500可以处理较大的信号，而不会因前端放大器的过度驱动而产生压缩或频谱飞溅。

  警告： 尽管在较低的增益设置下增强了处理较大信号而没有失真的能力，但输入损害电平仍然保持在+10 dBm

  R5500-418和-427型号为用户提供了控制两个增益级的能力，以及一个可变衰减器，其允许值为0、10、20或30 dB。图1显示了前端框图，该框图显示了两个放大器和可变衰减器的位置。

图1：R5500实时频谱分析仪前端框图

  先绕过第一个放大器，然后再绕过第二个放大器，就可以逐渐提高设备前端的功率处理能力。同时打开两个放大器可提供最大的灵敏度，但会降低处理大信号时不失真的能力。表1总结了前端增益的可用设置。

  表1：R5500-418/-427允许的前端增益控制状态及其性能

  注意： AMP1 = OFF，AMP2 = ON是不允许的组合状态，因为这会导致灵敏度和线性度之间的权衡比其他设置所能达到的要差。

  使用RTSA进行高精度测量时，值得注意的是，仅在AMP1 = ON，AMP2 = ON和Attenuator = 0的状态下才对能设备进行出厂校准。所有其他状态仅能通过设计进行名义上的校准。

  为了检查线性度的变化，我们参考表2和表3，它们分别提供了在1 GHz和6 GHz时各种放大器和开关配置的样本数据。请注意，在AMP1= ON，AMP2 = ON和Attenuator = 0的最敏感设置下，本机具有最低的P1dB（1 dB压缩点）和IP3（三阶截点）电平。这与具有最高级联增益的接收机链是一致的。

  在AMP2关闭，AMP1开启后，P1dB和IP3电平会显著增加。这为设备提供了更多的空间来处理更大的信号，但同时也会增加本底噪声。例如，在1 GHz时，设备中的P1dB大约增加了9 dB。在6 GHz时，P1dB大约增加了8 dB。这使用户可以得到分别大9 dB和8 dB的信号，同时在这些电平上具有相等的线性度。

  随着AMP1和AMP2的关闭，P1dB和IP3电平会进一步提高。在1 GHz测试的情况下，P1dB增加约14 dB，在6 GHz测试的情况下，P1dB增加约12 dB。

  为了实现线性度的进一步提高，可以增加内置式步进衰减器。当-418和-427在8 GHz以下工作时，两个放大器均关闭时，增加衰减可在P1dB中提供“dB-for-dB”的改善。

  为了说明在不同的增益设置下R5500的P1dB和IP3电平如何变化，在1 GHz和6 GHz下进行了一系列测量。结果分别如表2和表3。如表中所示，随着从信号链中移除放大器（关闭它们），P1dB和IP3电平会增加。同样，通过修改可变衰减器设置，这些值可以在1 GHz情况下进一步增加到18dBm以上，在6 GHz情况下增加到16dB以上。

  表2：1 GHz时的典型P1dB和IP3

  表3：6 GHz时的典型P1dB和IP3

  这些示例表为在将较大信号注入R5500中时的性能方面预期的典型改进提供了有用的指导。但是，着重要注意的是，随着增益的降低和衰减水平的提高，设备的灵敏度也会降低。这是因为信号路径上减小的增益将会增加本底噪声电平，从而限制了设备检测较弱信号的能力。

实际使用中的增益设置

  举例来说，我们可以看看R5500-418在各种增益设置下的频谱显示。为了最好地说明增益设置的效果，我们通过以下两种频率对本设备进行激励：

图2：AMP1=ON，AMP2=ON，衰减器=10dB

  参照图2，两个输入频率在989.5 MHz处产生互调产物，幅度为-98.4 dBm。该产物是由射频放大器和混频器固有的非线性过程引起的，随着信号电平的增加，这一过程更加明显。为了检查减小信号链中的增益的效果，随后将AMP2关闭。可以在图3中检查此变化的效果。

图3：AMP1 = ON，AMP2 = OFF，衰减器= 10dB

  AMP2关闭后，频率电平会下降约9 dB。但有趣的是，在989.5 MHz处，互调产物的电平下降了12 dB。因此，互调产物比所需信号下降得更快。

为了进一步探讨增益降低的效果，AMP1被关闭。现在两个放大器都关闭，输入信号电平现在为-53.1 dBm，如图4所示。

图4：AMP1 = OFF，AMP2 = OFF，衰减器= 10dB

  换句话说，输入信号的显示电平下降了14.3 dB。现在，在989.5 MHz处的互调产物显示为-119.2 dBm，降低了8.9 dB。这里值得指出的是，所需信号下降的幅度要大于互调产物（14.4 dB vs 8.9 dB），因为这表明我们已经达到了增益/线性度权衡的收益递减点。关闭AMP1可能有益于较大的信号，但是在这种情况下，关闭AMP1不会产生任何好处。因此，对于所呈现的信号电平的最佳折衷方案是AMP1 = ON，AMP2 = OFF。

增益控制命令

  以下SCPI命令用于控制R5500的增益设置。更多相关信息，请参阅《ThinkRF R5500程序员指南》。

:INPut:GAIN

  此命令设置或查询RTSA的输入增益级。增益级数取决于下列的模型。任何超出范围的索引都将导致错误响应的执行。

                      Syntax  :INPut:GAIN

                                :INPut:GAIN?

                   Parameter   

             Input Data Type

            Allowable Values Index: Varies depending on the product model.

                                - R5500-408 & its variant: No controllable gain stage

                                - R5500-418, -427 and their variants: 1, 2 

                                Boolean: ON | OFF | 1 | 0

              Query Response 1 | 0

            Output Data Type Integer

                  *RST State 1 for all available stages

                    Examples :INPUT:GAIN 2 ON

                                :INP:GAIN? 1

                                :INP:GAIN 1 0

:INPut:ATTenuator:VARiable

  该命令设置或查询R5500-418，-427及其变体的RFE的可变衰减。

                  Syntax :INPut:ATTenuator:VARiable 

                            :INPut:ATTenuator?

               Parameter 0 | 10 | 20 | 30 [dB]

         Input Data Type Integer, optional character unit

          Query Response 0 | 10 | 20 | 30

        Output Data Type Integer

                            *RST State 30

                Examples :INP:ATT:VAR 0

                            :INPUT:ATT:VAR?