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之所以介紹頻譜儀的顯示檢波器,，是因為在寬帶信號功率測試,、功率譜密度測試及相噪測試等應用中,，對顯示檢波器的選擇有一定的要求,。如果選擇的檢波器不合適,，那么將無法準確完成測試。本文的目的也是想讓初學者對這一塊內(nèi)容有更多的認識,，從而能夠根據(jù)所測參數(shù)選擇合適的檢波器,。
何為顯示檢波器(detector)？為什么需要顯示檢波器,？
由名稱可以看出,，顯示檢波器是與結果的顯示相關的，它決定了頻譜儀如何顯示測試結果,。初學者很容易混淆包絡檢波器和顯示檢波器,，二者其實是*不同的，在圖1所示的傳統(tǒng)頻譜儀架構中,，采用了硬件包絡檢波器,，直接提取出IF信號的包絡。顯示檢波器如何工作呢,？
顯示檢波器應用于采用數(shù)字IF 處理的現(xiàn)代頻譜儀中,，并不是包絡檢波器，本質(zhì)上就是一種數(shù)字算法,。簡單地講,，現(xiàn)代頻譜儀中末級IF信號經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由于ADC采樣率較高,，頻譜儀在一次完整的掃描周期內(nèi)會有很多樣點數(shù)需要處理和顯示,，那么如何顯示這些樣點將由顯示檢波器決定,！

圖1. 傳統(tǒng)頻譜儀架構示意圖
舉例：頻譜儀設置4000個掃頻點，總掃描時長為400ms,，假設頻譜儀中ADC的采樣率為200MS/s,，則每個頻點對應多少個樣點數(shù)據(jù)呢,？
此處不考慮IF filter (RBW filter)的瞬態(tài)響應時間,，假設總時長400ms全部應用于數(shù)據(jù)采集，則每個掃頻點包含的采集時間為：400ms/4000=0.1ms,。
那么在0.1ms內(nèi)ADC采集的樣點數(shù)為：0.1ms x 200MS/s = 20000 個樣點,。這意味著每一個掃頻點將包含20000個樣點，那么該如何顯示出來呢,？
總不能將這么多個樣點都顯示在這個掃頻點上吧,？！
因此,，為了解決如何顯示的問題,，就引入了顯示檢波器。
所謂顯示檢波器,，就是一種數(shù)學方法,，決定了如何顯示每個掃頻點的結果。比如,，從20000個樣點中選取幅值大或者小的樣點顯示出來,。
值得一提的是，頻譜儀實際中如何顯示這些樣點,，所要考慮的因素比上述例子復雜得多,，還要考慮顯示屏幕的像素、LO調(diào)諧步進及Span的大小等因素,。盡管如此,，對于顯示檢波器作用的理解，使用上述例子已經(jīng)足夠了,。
頻譜儀主要有哪些顯示檢波器呢,？
首先了解一下顯示檢波器的位置，圖2給出了現(xiàn)代頻譜儀數(shù)字IF處理的基本架構,，經(jīng)ADC離散后的數(shù)字IF會終轉(zhuǎn)換為IQ數(shù)據(jù),，顯示檢波器將依據(jù)IQ幅度決定如何顯示頻譜測試結果。

圖2. 顯示檢波器決定了如何顯示頻譜測試結果
業(yè)界頻譜儀所支持的顯示檢波器類型比較多,，常用的檢波器包括：大值,、小值、自動峰值(AP, Auto Peak),、平均值(AVG, Average)及均方根值(RMS)檢波器,。為了便于說明,，依然沿用上面的例子，假設每個掃頻點包含20000個樣點數(shù)據(jù),。
表1中給出了這五種顯示檢波器的含義,，大值和小值檢波器比較容易理解，就是選取樣點中幅度大值和小值顯示出來,。自動峰值檢波器是將大值和小值都顯示出來,，表現(xiàn)形式是大值和小值之間直連，也就是一個掃頻點顯示的是一條豎直的線,。自動峰值檢波器通常是頻譜儀默認的設置,，這也是為什么一打開頻譜儀就看到“很厚”的底噪的原因！
表1. 常用的顯示檢波器類型
 

下面分別給出了平均值檢波器和均方根值檢波器對應的數(shù)學公式：

Ai表示第i個樣點的幅值：

ARMS是信號幅度的有效值，由其可以計算出信號的真實的平均功率：

式中,，R為系統(tǒng)參考阻抗,，Pi為第i個樣點對應的功率值。選擇RMS檢波器時,，計算得到的功率P為N個樣點功率值的平均值,。
下面考慮一個簡單的場景：理想CW信號的頻譜測試，沒有任何噪聲,，那么使用上述任一種檢波器得到的結果都是相同的,。因為對于理想CW信號，由IQ數(shù)據(jù)計算得到幅值就是個常數(shù),。
但實際上,，隨機噪聲無處不在，得到的IQ數(shù)據(jù)上也疊加了噪聲,，如果參與平均的樣點數(shù)足夠多,，則隨機噪聲的平均值趨于零，使用AVG檢波器得到的結果可以忽略隨機噪聲,，可以準確測試CW信號的功率,。而使用RMS檢波器得到的結果則是信號和噪聲的總功率。
如果CW信號的SNR比較高,，那么采用AVG和RMS檢波器的測試結果相當,；如果信號比較微弱，可以考慮采用AVG檢波器以更好地抑制噪聲,。
如果要測試寬帶信號的功率,，比如測試數(shù)字調(diào)制信號的功率或者噪聲功率譜密度等，務必要將顯示檢波器選擇為RMS檢波器,！因為只有RMS檢波器測得的結果才是寬帶信號真實的平均功率,！
顯示檢波器與頻譜儀的跡線模式有什么區(qū)別,？
初學者還比較容易混淆顯示檢波器和跡線模式，下面簡單介紹一下,。
頻譜儀常用的跡線模式包括Clear/Write,、Max. Hold、Min. Hold,、Average等,，它們與上面介紹的大值、小值及平均值檢波器是*不同的,。跡線模式是對多次掃頻結果進行處理的,，而顯示檢波器是對同一個頻點所包含的樣點數(shù)進行處理,，從數(shù)據(jù)處理流程看,，使用顯示檢波器在前，而跡線模式生效在后,。
比如Max. Hold,，就是將多次掃頻曲線的大值顯示出來并固化在屏幕上，對于同一個頻點,，當出現(xiàn)更大的幅值時,，才會進行刷新。當測試跳頻信號的頻譜時,，結果發(fā)現(xiàn)譜線的位置一直在跳動,，此時便可以打開Max. Hold跡線模式，只要觀測的時間夠長,，那么就可以觀察到所有跳頻點的頻譜,。
類似地，Average跡線模式是將多次掃頻測試結果進行線性或者對數(shù)平均后顯示出來,。測試微弱的CW信號時,，可以使用Average跡線模式，從而讀取穩(wěn)定的測試結果,。
如何選擇顯示檢波器,？
針對這個問題，下面給出了五種測試場景,。
I. CW信號測試
比如單音/多音信號測試,、雜散、諧波及交調(diào)失真測試等,，只要具有較強的SNR,，采用默認的自動峰值檢波器即可。對于雜散和諧波測試,，由于信號較弱,，為了得到更好的結果,，可以考慮采用AVG或者RMS檢波器，以平均噪聲,，提高測試精度,。
II. 寬帶信號測試
典型的寬帶信號，比如數(shù)字調(diào)制信號,，或者寬帶噪聲信號,，如果要測試這類信號的總功率或者功率譜密度，只有選擇RMS檢波器,，測得的結果才能反映真實的功率特性,。為了得到平滑的頻譜曲線，建議將掃描時間設置長一些,，這樣會有更多的樣點數(shù)參與平均,，平均值會越來越穩(wěn)定。
得到平滑的頻譜曲線后,，還可以進一步完成ACLR / ACPR和占用帶寬OBW的測試,，RMS檢波器可以保證得到穩(wěn)定、精確的測試結果,！
值得一提的是,，采用RMS檢波器后，VBW必須要大于RBW,，否則測試結果會偏低,！默認情況下，VBW和RBW是聯(lián)動設置的,，可以滿足這一點,。
III. 射頻脈沖信號測試
如果只是要得到射頻脈沖信號的包絡譜顯示或者線狀譜顯示，則使用默認的自動峰值檢波器即可,。如果要使用帶寬積分法測試信號的平均功率,，則依然要求選擇RMS檢波器。
IV. 總諧波失真測試
對于基波信號功率測試,，選擇自動峰值檢波器即可,。對于諧波信號功率的測試，有兩種方法可以選擇：(1) 單獨測試每個諧波的功率,，換算成線性功率后再相加求和,，后取對數(shù)，即為總諧波功率,；(2) 直接使用帶寬積分法測試總諧波功率,，需要設置為RMS檢波器。
V. 相位噪聲測試
基于頻譜儀的相位噪聲測試,，無論是手動測試,，還是使用軟件自動測試,，都屬于直接法測試。首先確定載波功率,，然后再確定一定偏移頻率處的功率譜密度,，二者的比值即為相位噪聲。
如果手動測試相位噪聲,，需要考慮的因素比較多,，后面會專門展開細述。對于顯示檢波器的選擇,，由于相位噪聲也屬于寬帶噪聲,，因此也要求使用RMS檢波器。
小結
文中著重介紹了頻譜儀顯示檢波器的相關內(nèi)容,，其實顯示檢波器的選擇并不難,，測試場景可能多種多樣，但是信號的形式就那么幾種,，只要掌握了每一種顯示檢波器的含義,，再結合信號類型及需要測試的參數(shù)選擇合適的檢波器即可。

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