RIGOL DSA815-TG頻譜分析儀評(píng)測(cè)

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圖1：RIGOL 的DSA815-TG頻譜分析儀

頻譜分析儀是用于測(cè)量射頻信號(hào)幅度與頻率之間關(guān)系的測(cè)量?jī)x器，通常用于頻域測(cè)量。而用于時(shí)域測(cè)量通常使用的儀器是示波器。頻譜分析儀可以用于測(cè)量頻率、功率幅度、諧波、帶寬以及其他射頻信號(hào)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(cè)試項(xiàng)目是對(duì)發(fā)射機(jī)或功放進(jìn)行帶外輻射指標(biāo)的測(cè)試。在該指標(biāo)的測(cè)試過程中，會(huì)測(cè)量發(fā)射信號(hào)的所有諧波和雜散相對(duì)基波(載波)信號(hào)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(cè)試，這臺(tái)頻譜分析儀的頻率覆蓋范圍為9kHz～26.5GHz。HP 8563E是一臺(tái)非常精確的，實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的專業(yè)儀器，但它的價(jià)格會(huì)讓絕大多數(shù)火腿和電子愛好者望而生畏。即便是一臺(tái)二手的HP 8563E這樣的實(shí)驗(yàn)室級(jí)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。

圖2 在實(shí)驗(yàn)室里我們利用1~2個(gè)大功率衰減器和1個(gè)步進(jìn)衰減器將被測(cè)發(fā)射機(jī)的信號(hào)功率衰減到測(cè)試儀器能夠接受的一個(gè)安全的功率水平下(通常會(huì)調(diào)整到1mW左右的)。圖中DSA815-TG被用于測(cè)試一部2m手臺(tái)發(fā)射的基波信號(hào)和諧波信號(hào)。

RIGOL(北京普源精電科技有限公司)是一家近年來在測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域嶄露頭角的中國(guó)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(hào)為DSA815的頻譜分析儀，頻率覆蓋范圍從9kHz～1.5GHz，在美國(guó)的定價(jià)從1295美元起。這臺(tái)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(huì)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(cè)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(píng)測(cè)編輯訂購了一臺(tái)DSA815-TG，該型號(hào)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(tái)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(dòng)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(tái)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(huì)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(tái)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(hào)的輸入、輸出和觸發(fā)信號(hào)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(huì)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(hào)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(cè)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(cè)試儀器主要用于測(cè)試常見的業(yè)余電臺(tái)設(shè)備，不具備測(cè)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(tái)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(cè)試儀器提供年度計(jì)量服務(wù)。Essco檢查了這臺(tái)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(tái)DSA815-TG的關(guān)鍵性能指標(biāo)，Essco經(jīng)過測(cè)試后也確認(rèn)其測(cè)試結(jié)果符合指標(biāo)“標(biāo)稱”。

以下廠家聲稱的性能指標(biāo)經(jīng)位于馬塞諸塞州Chelmsford市的Essco計(jì)量實(shí)驗(yàn)室檢定后確認(rèn)為符合指標(biāo)范圍。

表1 RIGOL生產(chǎn)的頻譜分析儀，型號(hào)為DSA815-TG，序列號(hào)DSA8A142400036

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(cè)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(hào)到儀器當(dāng)中，很可能會(huì)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(cè)試過程中，通常在被測(cè)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(cè)量誤差，通?？刂戚斎胄盘?hào)幅度不超過1mW，或者利用衰減器將信號(hào)幅度衰減到這個(gè)大小再進(jìn)行測(cè)量。如欲了解更多關(guān)于我們?nèi)绾问褂妙l譜分析儀對(duì)業(yè)余電臺(tái)設(shè)備進(jìn)行各種測(cè)試的信息，請(qǐng)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(cè)中在測(cè)試測(cè)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(chǎng)進(jìn)行測(cè)試

2012年10月份在加州圣克拉拉舉辦的ARRL Pacificon全國(guó)大會(huì)上，我們的DSA815-TG很快就為大會(huì)提供服務(wù)。在這個(gè)大會(huì)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(cè)試系統(tǒng)展臺(tái)(如圖3所示)。利用這套系統(tǒng)，我測(cè)試了幾百個(gè)V段和U段的手臺(tái)，每個(gè)手臺(tái)的主人都非常希望了解他(她)自己的電臺(tái)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(dòng)過程當(dāng)中RIGOL的儀器不負(fù)所望，精確測(cè)試并忠實(shí)記錄了每個(gè)電臺(tái)的實(shí)際性能水平，不像某些被測(cè)電臺(tái)的實(shí)際性能未能符合FCC的規(guī)范要求。另外，盡管展臺(tái)頂部的熒光燈非常明亮，但每個(gè)來到我這個(gè)展臺(tái)的人都能夠非常容易的讀取這臺(tái)頻譜儀液晶屏上顯示的內(nèi)容。

圖3 圖中穿白大褂的是Bob Allison，呼號(hào)WB1GCM。在2012年11月的ARRL全國(guó)大會(huì)上，Bob協(xié)助來訪者檢查他們手臺(tái)的頻譜純度。大部分電臺(tái)都符合FCC的標(biāo)準(zhǔn)要求，但也有個(gè)別例外。

在ARRL實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試

回到ARRL實(shí)驗(yàn)室，我全面使用了一下這臺(tái)DSA815-TG，并用它進(jìn)行了一些收發(fā)信機(jī)的常規(guī)性能測(cè)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(cè)試功放測(cè)試過程中所用的帶通濾波器性能十分簡(jiǎn)便易行。圖4是一個(gè)帶通濾波器的頻響曲線圖，測(cè)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(chǔ)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(hào)分隔的X軸和Y軸數(shù)據(jù))的文件格式存儲(chǔ)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(duì)于75米波段頂端附近的信號(hào)會(huì)帶來額外的衰減(幸好測(cè)試發(fā)現(xiàn)了)。由于我們?cè)械腍P 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(hào)發(fā)生器搭建了一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)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(cè)量。其測(cè)量結(jié)果與RIGOL的DSA815-TG所獲得的測(cè)試結(jié)果高度一致。對(duì)于基礎(chǔ)測(cè)量需求而言，看起來RIGOL的DSA815-TG已經(jīng)能夠完成任何一臺(tái)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(cè)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。

圖4 DSA815-TG內(nèi)置的掃頻源可以用于測(cè)試濾波器的性能。圖示為一個(gè)80m波段帶通濾波器的幅頻響應(yīng)曲線。

圖5 圖示曲線為有圖四中進(jìn)行的濾波器掃頻測(cè)試后，將測(cè)試結(jié)果保存為CSV格式，然后導(dǎo)入到DPlot處理軟件后繪制得到的，測(cè)試過程中所用掃頻范圍為1到10MHz。

其他功能

DSA815-TG前面板上有一個(gè)AUTO按鈕，按下這個(gè)按鈕，儀器能夠自動(dòng)尋找并顯示未知輸入信號(hào)的頻率和幅度。進(jìn)行手臺(tái)發(fā)射狀況測(cè)試(手臺(tái)通過衰減器連接到頻譜儀的輸入端)的時(shí)候，我經(jīng)常使用這個(gè)功能，并且每次使用都很方便。通過AUTO功能，手臺(tái)的載波信號(hào)會(huì)自動(dòng)顯示到屏幕中央，并且幅度量程也自動(dòng)調(diào)整到合適的范圍進(jìn)行顯示。我也試過將一個(gè)V/U雙段的地網(wǎng)天線(GP天線)連接到頻譜儀的輸入端，然后按下AUTO按鈕，很好，本地調(diào)頻廣播電臺(tái)的信號(hào)作為最強(qiáng)的信號(hào)自動(dòng)顯示在DSA815的屏幕上了。

大部分頻譜分析儀都會(huì)有一個(gè)耳機(jī)接口，RIGOL的頻譜分析儀也是這樣。通過這個(gè)耳機(jī)接口，用戶可以利用頻譜分析儀的解調(diào)功能收聽調(diào)頻或者調(diào)幅的模擬廣播。經(jīng)過一番調(diào)整之后，我可以讓RIGOL的頻譜分析儀播放出一個(gè)本地調(diào)頻廣播電臺(tái)的音樂，但很遺憾，解調(diào)出來的聲音音量有點(diǎn)小。(譯者注：這是一個(gè)已知的軟件BUG，在當(dāng)前發(fā)售的儀器當(dāng)中已經(jīng)通過軟件升級(jí)解決了。)

我還碰到的另外一個(gè)問題是，在快速調(diào)整分辨率帶寬、頻率掃寬和解調(diào)時(shí)間的時(shí)候，頻譜分析儀的譜線顯示不刷新了。儀器通常會(huì)在我的設(shè)置調(diào)整完畢之后幾秒鐘時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常，但有一回，我被迫通過開關(guān)機(jī)讓儀器重啟以恢復(fù)正常使用。

選附件

DSA815-TG隨機(jī)配套了一個(gè)印刷版的快速指南和一張光盤，光盤內(nèi)有用戶手冊(cè)和編程手冊(cè)的電子版。你需要自行配套相應(yīng)的射頻電纜和衰減器等部件以進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試工作。

RIGOL為DSA815頻譜分析儀提供了一系列的選附配件，附件包括USB到GPIB的轉(zhuǎn)換適配器，機(jī)架安裝套件，便攜背包以及功率衰減器等;軟件選件包括VSWR測(cè)試功能，EMI/準(zhǔn)峰值檢波器功能以及一個(gè)高級(jí)測(cè)量軟件功能包，高級(jí)測(cè)量可以進(jìn)行包括鄰道功率、占用帶寬，發(fā)射帶寬，諧波失真及三階互調(diào)失真等多個(gè)測(cè)量功能;配件還有一個(gè)工具套件，包括一系列的電纜、射頻接頭轉(zhuǎn)換適配器和天線等。

DSA815上還有一個(gè)選件功能是我希望有的，那就是通過內(nèi)置電池供電，這個(gè)功能在其他廠家的便攜式的頻譜分析儀和數(shù)字存儲(chǔ)示波器上曾經(jīng)見到過。如果有這個(gè)內(nèi)置電池供電的功能，會(huì)讓這個(gè)設(shè)計(jì)緊湊的儀器在進(jìn)行野外測(cè)量的時(shí)候更加強(qiáng)大。

小結(jié)

頻譜分析儀對(duì)于任何希望進(jìn)行振蕩器、放大器、濾波器、發(fā)射機(jī)及其他射頻單元進(jìn)行電路制作、調(diào)試或評(píng)測(cè)的愛好者來說，都是一個(gè)非常有用的工具。早先大部分愛好者能夠買得起在家里使用的頻譜分析儀都是很舊的、非專業(yè)的型號(hào)。這種頻譜分析儀經(jīng)常是已經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間沒有校準(zhǔn)過了，如果出現(xiàn)故障的話，不是無法維修就是修起來非常困難。最近也有愛好者將相對(duì)簡(jiǎn)單的硬件配合計(jì)算機(jī)的聲卡和軟件配套組合制造出一個(gè)相對(duì)便宜的射頻頻譜分析儀。但現(xiàn)在大家已經(jīng)有了更好的選擇，RIGOL的DSA815又將技術(shù)向前推進(jìn)了一步，利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)設(shè)計(jì)制造出了一個(gè)低成本、高集成度和高精度的測(cè)試儀器。

總體說來，我對(duì)DSA815-TG的性能和易用性非常滿意。功能強(qiáng)大，體積小巧的DSA815頻譜分析儀對(duì)于任何測(cè)試臺(tái)來說都是可以考慮添加的下一臺(tái)儀器。