對(duì)于信號(hào)分析儀一類的測量儀器來說,，其結(jié)構(gòu)本質(zhì)上通常是一臺(tái)通用接收機(jī),。頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍在測試信號(hào)的諧波失真、三階交調(diào)以及通信信道的峰均比,、鄰道泄漏等

場景下都是非常重要的測試條件,。

對(duì)比頻譜分析儀，不同大小的測量信號(hào)常需要不同的設(shè)置,，也就是我們常無法同時(shí)測量一個(gè)很大值和另一個(gè)很小值,。所以，動(dòng)態(tài)范圍中的“范圍”是指頻譜分析儀在設(shè)置不變的條件下能夠同時(shí)測量的一個(gè)較大電平信號(hào)和一個(gè)較小電平信號(hào)的幅度差距,，“動(dòng)態(tài)”表明這個(gè)范圍并不是固定不變的,，它依賴于實(shí)際所要進(jìn)行的測量，也就是這個(gè)動(dòng)態(tài)要看測量的目標(biāo)是什么,。

通常我們所說的動(dòng)態(tài)范圍指的是無失真動(dòng)態(tài)范圍,。頻譜分析儀作為一種通用接收機(jī)，動(dòng)態(tài)范圍和其的前端的非線性部件有密切的關(guān)系,，例如混頻器,，放大器等，其中主要是混頻器失真的影響,?；祛l器（通常是二極管結(jié)構(gòu)）屬于典型的非線性器件，其實(shí)非線性器件響應(yīng)結(jié)果中永遠(yuǎn)存在一定的失真，我們只是使用在某一段輸入-輸出近似線性工作區(qū),，也就是失真還沒有足夠大的條件下,。

混頻器失真可以分兩類：幅度失真和頻率失真。

幅度失真,，混頻器幅度輸出不再隨著輸入按照原有的線性規(guī)律變化,，衡量標(biāo)準(zhǔn)一般使用輸出增益相對(duì)下降1dB 時(shí)所對(duì)應(yīng)的電平，稱之為增益壓縮,。如圖所示

頻率失真,，除了需要的中頻，混頻器產(chǎn)生了新的頻率分量,，常用相對(duì)基波頻率的階數(shù)來描述,。在使用頻譜分析儀測量單音信號(hào)及其諧波時(shí)，隨著輸入電平的增大,，混頻器產(chǎn)生的諧波（Harmonics）頻率分量會(huì)越來越大,；在使用頻譜分析儀測量多音信號(hào)及其諧波和各種交調(diào)時(shí)，隨著輸入電平的增大,，混頻器產(chǎn)生的交調(diào)頻率分量也會(huì)越來越大,。頻率失真通常使用基頻的階數(shù)來表示，階數(shù)越高的失真能量變化越劇烈,，由于其變化率相對(duì)于基波高,，所以當(dāng)基波到達(dá)一定水平時(shí)，二階和三階失真分量會(huì)顯著地發(fā)揮影響,。四階以上的失真雖然變化率更大,，但是起點(diǎn)更低，在還未能顯著發(fā)揮影響時(shí)通常輸入已經(jīng)到達(dá)了1dB 增益壓縮點(diǎn),，所以四階以上失真通常不予考慮,。

很多情況下，測量目標(biāo)的失真和頻譜儀本身的失真是很相似的,，頻譜儀的諧波和交調(diào)這些新增的頻率分量常會(huì)和我們需要測量的信號(hào)落在非常接近的頻率上,，難以濾除；有的落在*相同的測量頻率上,，增大了測量誤差,。頻譜分析儀的這些失真決定了頻譜分析儀動(dòng)態(tài)范圍的上限，也就是輸入信號(hào)達(dá)到一定的電平,，失真就會(huì)顯著地影響到測量結(jié)果,。如下圖所示，可以看到距離藍(lán)色雙音載波zui近的紅色三階交調(diào)信號(hào)幅度zui高,，由于離載波很近,，非常難以濾除,；而二階失真信號(hào)通常離載波較遠(yuǎn)，幅度也較低,。三階交調(diào)是衡量頻譜分析儀抗失真性能的重要指標(biāo),。

而動(dòng)態(tài)范圍的下限，由當(dāng)前設(shè)置下的DANL 大小決定,。輸入衰減器在信號(hào)輸入的過程起到了非常重要作用,，它決定了輸入端口的信號(hào)的衰減量，從而決定了進(jìn)入混頻器的信號(hào)電平,，也就是決定了混頻器產(chǎn)生的失真的大小,，也同樣決定了系統(tǒng)噪聲系數(shù)的大小。

衰減器的衰減量很大時(shí),，DANL 會(huì)很高，但是混頻器的失真很小,，這時(shí)上限允許的輸入更高,，但不適合測量小信號(hào)；衰減器的衰減量很小時(shí),，DANL會(huì)很低,，但是到達(dá)混頻器的信號(hào)電平相對(duì)就會(huì)很大，這種狀態(tài)下上限允許的輸入很低,，不適合測量大信號(hào),，但是適合測試小信號(hào)。所以衰減器的設(shè)置顯著影響著到達(dá)混頻器的輸入電平的大小,，也就是影響著動(dòng)態(tài)范圍的大小,，它對(duì)底噪和失真的作用正好相反，而底噪和失真恰是頻譜分析儀動(dòng)態(tài)范圍的上下限,，那么如何尋找到一個(gè)zui大的動(dòng)態(tài)范圍,？如下圖所示，通過調(diào)整衰減器設(shè)置,，間接調(diào)整了混頻器的輸入電平,，從而可以在DANL和失真尋找一個(gè)平衡點(diǎn)。這個(gè)點(diǎn)稱為*混頻器電平,，指混頻器產(chǎn)生的非線性失真的各種分量,，正好和當(dāng)前的DANL相等。增大衰減器,，噪聲就會(huì)變高而失真降低,，減小衰減器，失真就會(huì)變高而噪聲降低,。

上面說明了噪聲和失真對(duì)動(dòng)態(tài)范圍的折中關(guān)系,，就像一個(gè)天平的兩端，根據(jù)測量的目標(biāo)來設(shè)置衰減器的不同設(shè)置。

由于在測量大信號(hào)的時(shí)候,，載波近端的相位噪聲通常高于DANL,，因此相位噪聲不僅決定著近端的頻率分辨力，也同時(shí)影響著近端的動(dòng)態(tài)范圍,。通常情況下,，測量三階交調(diào)失真需要對(duì)載波近端的動(dòng)態(tài)范圍有要求，這就受相位噪聲的影響,。

如上圖所示,，載波附近的動(dòng)態(tài)范圍下限被相位噪聲抬高了，在測量距離較近的三階交調(diào)失真的時(shí)候,，只有比較大的失真信號(hào)才能夠被顯示出來,，否則會(huì)被相位噪聲淹沒；若此雙音距離比較遠(yuǎn),，那么三階交調(diào)失真就可以被清楚的觀察到了,。并不是所有情況下都能夠在zui大無失真動(dòng)態(tài)范圍點(diǎn)進(jìn)行測試，那么這些情況下,，如果進(jìn)行諧波,，交調(diào)等項(xiàng)目的測試時(shí)，需要對(duì)被測載波信號(hào)的失真成分進(jìn)行測量,。在輸入電平較大時(shí),，若此時(shí)動(dòng)態(tài)范圍設(shè)置的不合適，會(huì)造成頻譜分析儀內(nèi)部產(chǎn)生失真,，這些失真和需要測量的信號(hào)疊加起來,，無法判斷真實(shí)的測量結(jié)果。如何判斷失真是頻譜分析儀內(nèi)部產(chǎn)生的失真還是被測信號(hào)本身的失真呢,？zui簡便的方法是通過頻譜分析儀的衰減器設(shè)置來快速判定,。通過調(diào)整衰減器的衰減量，若失真分量的顯示值保持不變,，則失真分量是輸入信號(hào)的一部分,；若顯示值改變，則失真分量就是由內(nèi)部產(chǎn)生,，或者是內(nèi)部信號(hào)和外部信號(hào)之和,。通過繼續(xù)改變衰減器的值直到顯示的失真不再改變，這時(shí)的測量才是可信的,。如果被測量信號(hào)的電平無法調(diào)整到*的混頻器電平范圍,，這就需要增加單獨(dú)的外置衰減器或放大器。使用外置衰減器或放大器后,，需要在測量結(jié)果中去掉這部分額外的差量,。通常頻譜分析儀中的幅度功能里有參考偏移來設(shè)置補(bǔ)償,。

在各種測量場景中，我們還會(huì)遇到各種關(guān)于范圍的表述,。如下圖表示了頻譜分析儀中的不同場景中的范圍,，zui下邊的藍(lán)色底是DANL，一般是在zui小RBW 和zui小衰減給出,。

其中,，紅色是儀器允許輸入的zui大電平，這是頻譜分析儀的標(biāo)稱測量范圍,；橘色是無混頻器1dB 增益壓縮失真動(dòng)態(tài)范圍,；粉色是三階無交調(diào)失真動(dòng)態(tài)范圍；綠色是二階無諧波動(dòng)態(tài)范圍,；棕色是噪聲邊帶無失真動(dòng)態(tài)范圍,。

需要注意的地方是，在分析這些動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)時(shí),，常是針對(duì)*級(jí)混頻器做的指標(biāo)說明,，因此通常在0dB 衰減下給出。例如,，1dB 壓縮點(diǎn)的特性，在衰減器為0 的時(shí)候,，系統(tǒng)的1 dB壓縮點(diǎn)就是混頻器的1dB壓縮點(diǎn),；而增加衰減器為10dB的話，系統(tǒng)的1dB壓縮點(diǎn)會(huì)隨之升高到10dB,，看似指標(biāo)提升,，其實(shí)暗含了特殊的條件。頻譜分析儀的其他二階,，三階失真指標(biāo)等,，基本上都是在0dB 衰減下給出。

沒有哪個(gè)動(dòng)態(tài)范圍是的,，不同動(dòng)態(tài)范圍均是在不同的測量目的下使用,，一定要根據(jù)相應(yīng)的測量場景，估算需要的上下限,，通過調(diào)整前端的衰減器/放大器以及分辨率帶寬的設(shè)置,，找到*的動(dòng)態(tài)范圍。從上面幾部分的分析中可以看出,，頻譜儀的動(dòng)態(tài)范圍受四個(gè)因素影響:

※輸入混頻器的失真性能(非線性特性) ：1db 增益壓縮范圍,，二階無失真范圍，三階無失真范圍等,，決定了動(dòng)態(tài)范圍上限,。

※系統(tǒng)的噪聲系數(shù)(噪聲特性) ：影響著DANL 的高低,，決定了遠(yuǎn)端動(dòng)態(tài)范圍下限。

※本振的相位噪聲(近端特性)：高于DANL 的相位噪聲,，決定了近端動(dòng)態(tài)范圍下限,。

※分辨率帶寬RBW 的性能：影響著DANL 和相位噪聲能夠到達(dá)的zui低水平，決定了動(dòng)態(tài)范圍的下限,。

關(guān)于大西洋公司

北京市大西洋儀器工程有限責(zé)任公司（簡稱大西洋公司）成立于一九九三年,，以“倡導(dǎo)測試與測量科技”為宗旨，堅(jiān)持“儀器儀表精華世界,、至善至美真誠服務(wù)”的質(zhì)量方針,，積極為客戶提供專業(yè)、便捷,、周到的本地化服務(wù),。

大西洋公司的業(yè)務(wù)涉及電量、時(shí)頻數(shù)域,、元器件,、信號(hào)分析、微波通信,、光纖網(wǎng)絡(luò),、過程計(jì)量等領(lǐng)域的測試測量設(shè)備及輔助設(shè)備，涵蓋教育科研,、軍工電子,、生物醫(yī)療、航空航天,、網(wǎng)絡(luò)通信,、能源環(huán)保等領(lǐng)域，是國內(nèi)的儀器儀表產(chǎn)品集成商,、應(yīng)用解決方案供應(yīng)商,、系統(tǒng)工程服務(wù)商之一。