原创 扫描频率高达20GHz的手持式频谱分析仪

频谱分析是RF和微波频率的基本测量能力，几乎与较低频率时采用的伏特计一样重要。但是，Anritsu公司(www.anritsu.com)最新便携式频谱分析仪系列的性能已经远远超越了频谱分析的能力范围。该公司的B系列型号MS2721B、MS2723B和MS2724B Spectrum Master手持式频谱分析仪是频率范围分别为9kHz～7.1GHz、9kHz～13GHz和9kHz～20GHz的高性能分析仪。但是即使是内置了前置放大器和AM/FM/SSB解调器的最高频率模式的产品，其重量也不到8lbs.(相当于3.6kg)。

新的Spectrum Master手持式分析仪基于以前推出的工作频率达7.1GHz的经济型低频率产品线，如频率范围为100kHz～3GHz、噪声电平高于新产品的MS2711B，以及频率范围为100kHz～7.1GHz的经济型分析仪MS2717A。与先前的型号相比，新的分析仪系列(图1)的噪声电平更低，并新产品具有支持准音频测试和高频限度的低频率扩展功能，可以最大限度地捕捉微波信号。

高性能Spectrum Master分析仪采用首次在Anritsu无线现场测试仪和基站便携式测试仪Site Master产品线中引进的封装。每个分析仪前端都有一个对角线为8英寸的大型高级VGA (SVGA)全色彩液晶显示(LCD)屏，可在测试时显示信号，并在左边显示关键的仪器设置，如分辨率带宽滤波器、视频带宽滤波器、扫描速度和输入衰减。屏幕右方会根据所选功能按钮出现各种控制选项，如用于频率控制的起始和停止频率。另外右边还有光标控制和间隔很宽的数字键盘按钮，可直接进行数字输入；次级功能在这些键的下方，可从前面板进行简单的Spectrum Master控制。

MS2724B(图2)的频率范围为9kHz～20GHz，专用于大部分商业无线标准和高宽带军事雷达测试。该分析仪与其低频率的同类产品同时使用时，可提供1Hz～3MHz的数字分辨率带宽滤波器，可实现复杂信号的精密检查，并且不会牺牲较低滤波器带宽的扫描速度。视频带宽滤波器可在1Hz～3MHz范围内按1-3的顺序进行选择。这些分析仪可在1Hz内调至这些滤波器的分辨率，并且可以控制最低为10Hz，最高为仪器全频带宽(MS2724B为20GHz)的测试范围。这几个分析仪全部可以进行zerospan测量，这在检查宽带调制信号时非常有用。用于全程扫描的扫描时间为100ms，用于zerospan测量的扫描时间则为10?s，都非常短。新的分析仪可以执行正峰值检测、负峰值检测、采样检测、均方根(RMS)检测和准峰值检测，支持对大量CW、猝发信号或脉冲信号的测量。这三种Spectrum Master分析仪都具有准峰值检测器和用于EMC预兼容测试的CISPR带宽。

Spectrum Master系列产品的幅度测量范围取决于能够测得的最高电平信号和最低电平信号。最低电平被定义为显示的平均噪声电平(DANL)。在频率为20GHz的MS2724B分析仪中，具有1Hz分辨率带宽滤波器的DANL在10MHz～4GHz为-139dBm，4～10GHz为-136dBm，10～13GHz为-130dBm，13～20GHz为-136dB。由于这三款Spectrum Master分析仪均内置了低噪声前置放大器，因此DANL可以通过这个前置放大器(100kHz～4GHz)在10MHz～1GHz提高至-159dBm，1～3GHz达到-156dBm，3～4GHz达到-154dBm。当处于测量范围另一端时，Spectrum Master分析仪被设计成处理1W(+30dBm)的输入信号，并在前置放大器关闭时提供典型的三阶截取(TOI)性能：0.5～2GHz时+8dBm、2～6GHz时+10dBm、6～20GHz时+12dBm。为了保护前端不发生过载，这些分析仪配备了宽带微波衰减器，能以5dB的步长在0～65dB之间调整。

这些分析仪的核心为一个具有优良稳定性的同步本地振荡器(LO)。内部LO的单边带(SSB)相位噪声为：20GHz载波10kHz偏差时为-95dBc/Hz、20GHz载波100kHz偏差时为-97dBc/Hz、20GHz载波1MHz偏差时为-105dBc/Hz、20GHz载波10MHz偏差时为-102dBc/Hz(基本上为本底噪声)。剩余的寄生噪声在13GHz以上的频率时为-85dBc或更低，13GHz频率以下时低于-90dBc。

与其低频率Spectrum Master同类产品配合使用时，这些新的分析仪具有大量标记功能(可以使用6个标记，每个标记都有一个delta函数用于有效的12个总屏幕标记)、限制线和自动测试功能(Anritsu公司称之为“智能测量”)。这些自动测量功能包括占用带宽、信信功率、载干比(C／I，Carrier to Interference ratio)、场强和邻信道功率比(ACPR)。由于使用波形重叠功能可同时在屏幕上显示三条波形(A、B和C)，因此波形存储由安装的小型闪存(CF)卡的内存量决定，对于256MB的小型闪存卡，波形存储为大约13,000条波形和超过10,000次仪器校准。

每个Spectrum Master分析仪都提供通用显示功能，从而更好地理解和分析捕捉的数据。例如，频谱显示用来检查频率为850～910MHz、具有彩色功率电平的蜂窝范围，以帮助简化分析(图3)。

这些新款Spectrum Master分析仪都配有各种可选功能，如支持标量网络分析仪(SNA)型扫描频率测量的波形发生器。可选的波形发生器可以产生步长为0.1dB功率范围为-40～0dBm的450kHz～7.1GHz的校准信号。另外，采用PSN50型号的功率计传感器，通过USB与分析仪相连，还可以增加精确的功率测量能力；信道扫描功能可以简化无线标准信道的分析，如GSM和UMTS系统；内置的全球定位系统(GPS)接收器可以提供精确的位置指示；WCDMA/HSDPA RF测量功能则可以检测和显示高级无线通信信号。例如，信道扫描显示用于分析935.0～936.8MHz的GSM 900信号，可根据频率和功率电平清晰地显示每个信道(图4)。GSP可选功能可以在分析UMTS波段1下游链路时打开，从而为被测信号提供位置代码(图5)。

为了给其便携性增加多功能，MS2721B、MS2723B和MS2724B Spectrum Master分析仪配备了带有多种可选择语言的控制器，包括英语、西班牙语、意大利语、法语、德语、日语、韩语和中文。这些分析仪上还有用于输入测试信号和可选波形发生器的N型插孔、用于可选GSP天线的BNC插孔、用于连接局域网(LAN)的RJ45以太网连接器，以及用于连接闪存驱动器、PSN50功率计和PC的通用串行总线(2.0)连接器。

这些便携型手持式分析仪是按MIL-PRF-28800F 2类要求设计制造的，能耐受要求苛刻的场内应用，是频谱监视、安全和智能要求、RF/微波测量或蜂窝信号测量的理想选择。这些分析仪都配有充电电池，每次充电可工作两小时以上。

作者：Jack Browne,《Microwave & RF》