频域示波器如何确保在测量高频信号时的精度？

一、选择合适的硬件

1. 高带宽示波器：
   • 高频信号需要高带宽的示波器来准确捕捉。例如，Keysight UXR系列示波器提供了高达110 GHz的模拟带宽和256 GS/s的实时采样率，能够满足高频信号的测量需求。
   • 确保示波器的带宽至少是被测信号最高频率的两倍（根据奈奎斯特准则）。
2. 低噪声前端：
   • 选择具有低噪声前端的示波器，以减少测量中的噪声干扰。例如，泰克的TEK061超低噪声前端能够显著降低噪声水平，提高测量精度。
3. 高精度探头：
   • 使用高带宽、低噪声的探头，确保信号传输过程中不会引入额外的失真或噪声。探头的带宽应与示波器匹配。

二、优化参数设置

1. 分辨率带宽（RBW）：
   • RBW决定了频谱分析的频率分辨率。对于高频信号，RBW应设置得足够窄以分辨信号的细节，但过窄的RBW会增加扫描时间。
   • 根据信号特性选择合适的RBW，例如，对于5G信号，RBW可以设置为10 kHz到100 kHz。
2. 时间窗（Window）：
   • 使用合适的时间窗函数可以减少频谱泄漏，提高测量精度。常见的窗函数包括Kaiser、Hanning、Hamming等。
   • 例如，Kaiser窗在高频测量中表现良好，能够有效减少频谱泄漏。
3. 采样率和记录长度：
   • 高采样率和足够的记录长度能够确保信号的完整性和细节。例如，Keysight UXR系列示波器支持高达256 GS/s的采样率，能够捕捉高频信号的细微变化。

三、采用先进的测量技术

1. 数字下变频（DDC）：
   • 数字下变频技术可以将高频信号转换为低频信号进行处理，从而提高测量精度。
   • 例如，泰克的SpectrumView功能通过数字下变频得到数字IQ信号，然后进行FFT处理，能够灵活且快速地完成频谱分析。
2. 时间选通FFT：
   • 时间选通FFT功能允许用户在指定时间窗口内进行频谱分析，能够捕捉信号的动态变化。
   • 例如，在分析5G信号时，可以使用时间选通FFT观察信号在不同时间点的频谱变化。
3. 多通道同步测量：
   • 使用多通道示波器同步测量多个信号，可以比较不同信号的频谱特性，快速定位问题。

四、校准和验证

1. 定期校准：
   • 定期对频域示波器进行校准，确保其性能符合制造商的标准。
2. 验证测量结果：
   • 使用已知频率和幅度的信号源（如正弦波信号发生器）进行测试，验证示波器的测量精度。

五、实际应用案例

1. 5G信号频谱分析

• 问题：5G信号的频谱泄漏导致测量精度下降。
• 解决方案：使用Kaiser窗函数减少频谱泄漏，并将RBW设置为50 kHz。
• 结果：频谱泄漏显著减少，测量精度提高。

2. 高频信号噪声分析

• 问题：高频信号中存在噪声，影响测量精度。
• 解决方案：选择低噪声前端的示波器，并使用高精度探头。
• 结果：噪声水平降低，信号质量显著改善。

总结