RIGOL DSA815-TG頻譜分析儀評測
頻譜分析儀是用于測量射頻信號幅度與頻率之間關(guān)系的測量儀器，通常用于頻域測量。而用于時(shí)域測量通常使用的儀器是示波器。頻譜分析儀可以用于測量頻率、功率幅度、諧波、帶寬以及其他射頻信號相關(guān)的參數(shù)。
我在ARRL實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常進(jìn)行的一個(gè)重要測試項(xiàng)目是對發(fā)射機(jī)或功放進(jìn)行帶外輻射指標(biāo)的測試。在該指標(biāo)的測試過程中，會測量發(fā)射信號的所有諧波和雜散相對基波(載波)信號的電平幅度差。通常我們采用經(jīng)過計(jì)量的Agilent/HP 8563E頻譜分析儀進(jìn)行測試，這臺頻譜分析儀的頻率覆蓋范圍為9kHz～26.5GHz。HP 8563E是一臺非常精確的，實(shí)驗(yàn)室級別的專業(yè)儀器，但它的價(jià)格會讓絕大多數(shù)火腿和電子愛好者望而生畏。即便是一臺二手的HP 8563E這樣的實(shí)驗(yàn)室級別的頻譜分析儀，通常還要賣到幾萬美金的價(jià)格，廣大愛好者通常都沒有能力負(fù)擔(dān)這個(gè)價(jià)格區(qū)間的儀器。
RIGOL(北京普源精電科技有限公司)是一家近年來在測試測量領(lǐng)域嶄露頭角的中國公司，它的產(chǎn)品目前已經(jīng)廣泛的在全世界范圍內(nèi)進(jìn)行銷售。RIGOL最近推出了型號為DSA815的頻譜分析儀，頻率覆蓋范圍從9kHz～1.5GHz，在美國的定價(jià)從1295美元起。這臺頻譜分析儀在《QST》雜志上登過廣告，也在幾個(gè)火腿節(jié)上進(jìn)行過展示。ARRL的許多會員向我們咨詢這個(gè)儀器，他們覺得這個(gè)頻譜分析儀是“難以置信的好”。作為一名測試工程師，我也很好奇究竟這是不是真的，因此我們的產(chǎn)品評測編輯訂購了一臺DSA815-TG，該型號帶有工廠預(yù)裝的跟蹤源，價(jià)格為1495美元(不含稅)。
概 況
RIGOL的DSA815是一臺設(shè)計(jì)非常緊湊的儀器，主機(jī)頂部帶有提手，重量大約為9.4磅(約4.25公斤)，既適合于實(shí)驗(yàn)室使用，也適合于便攜移動使用。儀器的8寸彩色液晶屏占據(jù)了前面板上的主要面積，分辨率為800×480像素。這臺頻譜分析儀的絕大部分控制按鍵都與其他更高價(jià)位的同類儀器類似，因此任何熟悉頻譜分析儀使用的用戶都會很容易理解基礎(chǔ)功能的使用。
不需要通過大多數(shù)老式專業(yè)的頻譜分析儀上常見的GPIB接口，采用DSA815上的USB主從接口并配合控制面板上專用的PRINT(打印)按鈕，可以非常容易的獲取屏幕顯示的頻譜曲線和相關(guān)儀器設(shè)置數(shù)據(jù)。(GPIB——General Purpose Interface Bus, 通用接口總線——又稱為IEEE488總線。RIGOL提供了一個(gè)USB轉(zhuǎn)GPIB轉(zhuǎn)換器選件。)我非常喜歡它的可翻轉(zhuǎn)前支撐腳設(shè)計(jì)，支撐起來以后使得儀器在臺面上的操作更加符合人體工程學(xué)要求。儀器的側(cè)面有通風(fēng)孔，所選用的風(fēng)扇也很安靜。
前面板上有兩個(gè)50Ω特性阻抗的N型接頭，分別用于射頻輸入(RF INPUT)和跟蹤源輸出(GEN OUTPUT)。在后面板上除了交流電源插座外，還有USB和LAN接口，以及3個(gè)BNC接頭，分別用于10MHz參考信號的輸入、輸出和觸發(fā)信號輸入。從外面看起來，整機(jī)設(shè)計(jì)顯得非常干練和現(xiàn)代，不知道內(nèi)部功能和性能如何呢?
盡管我沒能把這個(gè)儀器整機(jī)進(jìn)行拆解和分析(會影響校準(zhǔn)精度)，但根據(jù)RIGOL的廠家解釋，“DSA815采用全數(shù)字中頻技術(shù)(利用DSP技術(shù)進(jìn)行數(shù)字信號處理)，使得該頻譜分析儀在實(shí)現(xiàn)更小的分辨率帶寬設(shè)置的同時(shí)，減小了本底平均噪聲水平。”儀器的最小分辨率濾波器帶寬為100Hz。采用全數(shù)字中頻技術(shù)能夠極大的降低硬件電路的復(fù)雜度，同時(shí)這是整機(jī)結(jié)構(gòu)十分緊湊的原因之一。儀器頻率覆蓋范圍為9kHz～1.5GHz，適用于絕大部分業(yè)余無線電設(shè)備的測試。RIGOL也提供其他系列的頻譜分析儀(DSA1000A系列)，能夠覆蓋最高到3GHz的頻率范圍，并且具有更高的靈敏度和更窄的分辨率帶寬。
在ARRL實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中，我們的射頻屏蔽室和相關(guān)的測試儀器主要用于測試常見的業(yè)余電臺設(shè)備，不具備測試其他實(shí)驗(yàn)室儀器的條件。為了驗(yàn)證DSA815儀器性能指標(biāo)是否符合廠家宣稱的指標(biāo)水平，我將這臺儀器寄到了位于馬塞諸塞州Chelmsford市的Essco計(jì)量實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室為我們實(shí)驗(yàn)室中的測試儀器提供年度計(jì)量服務(wù)。Essco檢查了這臺儀器的所有性能指標(biāo)，很快就貼好計(jì)量標(biāo)簽并寄回到ARRL實(shí)驗(yàn)室。表1列出了RIGOL這臺DSA815-TG的關(guān)鍵性能指標(biāo)，Essco經(jīng)過測試后也確認(rèn)其測試結(jié)果符合指標(biāo)“標(biāo)稱”。
應(yīng) 用
DSA815或者任何其他頻譜分析儀的使用者都需要非常注意輸入到儀器測試輸入端的功率水平。以RIGOL的產(chǎn)品(DSA815)為例，如果輸入超過+20dBm(100mW)功率的射頻信號到儀器當(dāng)中，很可能會有一定的風(fēng)險(xiǎn)，如果儀器損壞的話，維修和重校準(zhǔn)的費(fèi)用十分高昂。因此在測試過程中，通常在被測設(shè)備和頻譜分析儀之間要串聯(lián)功率衰減器和步進(jìn)衰減器。在實(shí)驗(yàn)室中，處于安全考慮，以及避免由于過載帶來額外的測量誤差，通?？刂戚斎胄盘柗炔怀^1mW，或者利用衰減器將信號幅度衰減到這個(gè)大小再進(jìn)行測量。如欲了解更多關(guān)于我們?nèi)绾问褂妙l譜分析儀對業(yè)余電臺設(shè)備進(jìn)行各種測試的信息，請查看網(wǎng)站上的ARRL實(shí)驗(yàn)室操作指南相關(guān)文檔。ARRL手冊中在測試測量一章中也詳細(xì)介紹了頻譜分析儀的相關(guān)使用方法。
在現(xiàn)場進(jìn)行測試
2012年10月份在加州圣克拉拉舉辦的ARRL Pacificon全國大會上，我們的DSA815-TG很快就為大會提供服務(wù)。在這個(gè)大會上，我們搭建了一個(gè)由RIGOL的頻譜分析儀、功率衰減器和步進(jìn)衰減器以及一個(gè)鳥牌43型功率計(jì)組成的測試系統(tǒng)展臺(如圖3所示)。利用這套系統(tǒng)，我測試了幾百個(gè)V段和U段的手臺，每個(gè)手臺的主人都非常希望了解他(她)自己的電臺是否符合FCC頻譜純凈度的規(guī)范要求(FCC規(guī)范97.307e部分)。在整個(gè)活動過程當(dāng)中RIGOL的儀器不負(fù)所望，精確測試并忠實(shí)記錄了每個(gè)電臺的實(shí)際性能水平，不像某些被測電臺的實(shí)際性能未能符合FCC的規(guī)范要求。另外，盡管展臺頂部的熒光燈非常明亮，但每個(gè)來到我這個(gè)展臺的人都能夠非常容易的讀取這臺頻譜儀液晶屏上顯示的內(nèi)容。
在ARRL實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試
回到ARRL實(shí)驗(yàn)室，我全面使用了一下這臺DSA815-TG，并用它進(jìn)行了一些收發(fā)信機(jī)的常規(guī)性能測試。我也發(fā)現(xiàn)DSG815-TG的跟蹤源非常實(shí)用，利用它來掃描測試功放測試過程中所用的帶通濾波器性能十分簡便易行。圖4是一個(gè)帶通濾波器的頻響曲線圖，測試過程中，跟蹤源輸出幅度為-20dBm，起始頻率為0MHz，終止頻率為30MHz。而后我用存儲功能將該帶通濾波器的頻響曲線轉(zhuǎn)換為CSV(Comma Separated Values, 帶有逗號分隔的X軸和Y軸數(shù)據(jù))的文件格式存儲到U盤上。我用DPlot繪圖軟件利用這個(gè)CSV文件繪制了如圖5所示的數(shù)據(jù)曲線圖。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，我們的濾波器在4MHz的頻點(diǎn)上有5dB的衰減，這對于75米波段頂端附近的信號會帶來額外的衰減(幸好測試發(fā)現(xiàn)了)。由于我們原有的HP 8563E頻譜分析儀沒有跟蹤源選件，我采用HP8563E頻譜分析儀和IFR2040信號發(fā)生器搭建了一個(gè)測試系統(tǒng)對同一個(gè)帶通濾波器在幾個(gè)選定的頻點(diǎn)上進(jìn)行了測量。其測量結(jié)果與RIGOL的DSA815-TG所獲得的測試結(jié)果高度一致。對于基礎(chǔ)測量需求而言，看起來RIGOL的DSA815-TG已經(jīng)能夠完成任何一臺更加昂貴的頻譜分析儀能夠完成的絕大部分任務(wù)。更貴的高端頻譜分析儀能夠?qū)崿F(xiàn)更大的測試頻段覆蓋范圍，并且當(dāng)頻譜掃寬在1MHz及以下的時(shí)候，高端頻譜分析儀能夠提供更小的分辨率帶寬。也就是說，在同樣的掃寬設(shè)置下，能夠提供更加精細(xì)的頻譜細(xì)節(jié)情況。表2是DSA815和HP 8563E在這方面的能力比較?！ ?/p>
