Long-Term Performance Analysis of Spectrum Analyzers Based on Metrological Scientific Data
-
摘要: 频谱分析仪是无线电电子领域中普遍使用的关键仪器设备,其关键指标的长期稳定性一直是用户和生产厂家非常关注的问题,准确的技术指标跟踪对该仪器的研发改进、使用及维护更新具有重要作用。中国计量科学研究院积累了长达十年以上的频谱分析仪校准数据,这些数据具有可溯源性、准确性。基于这些计量科学数据,分别介绍了频谱分析仪的工作组成原理、关键性能指标及测量校准系统及方法,重点分析了国内典型用户的典型频谱分析仪的显示平均噪声电平、输入频率响应在长期使用过程中的变化情况,为频谱分析仪研制、生产、测试、维修保障等方面提供更可靠的依据。Abstract: Spectrum analyzers are key instruments widely used in radio electronics. The long-term stability of their critical parameters has been a significant concern for users and manufacturers. Accurate tracking of technical specifications plays a crucial role in the research, development, improvement, usage, and maintenance of these instruments. The National Institute of Metrology has accumulated calibration data for spectrum analyzers spanning over a decade. These metrological scientific data are characterized by traceability and accuracy. Based on these data, this paper introduces the operational principles, key performance specifications, and measurement calibration systems and methods of spectrum analyzers. It focuses on analyzing variations in the displayed average noise level and input frequency response during long-term usage of typical spectrum analyzers among representative domestic users. This study aims to provide a more reliable basis for the development, production, testing, and maintenance of spectrum analyzers.
-
表 1 仪器设备跟踪情况表
Table 1. Instrument and equipment tracking status table
仪器名称 型号 用户 厂家 频段 购买年份 数据时长 频谱分
析仪T1 U1 M1 10 kHz~26.5 GHz 2007 10 T2 U2 M2 2005 12 T3 U3 M2 2016 5 -
[1] Velychko Oleh, Gaman Valentyn, Kursin Serhii. Metrological Traceability of Power Measurements at Microwave Frequencies[C]. 32nd International Scientific Symposium Metrology and Metrology Assurance, 2022. [2] Dunsmore Joel P. Handbook of Microwave Component Measurements: With Advanced VNA Techniques[M]. John Wiley & Sons Ltd, 2012. [3] Teppati V, Ferrero A, Madonna G L. Modern RF and microwave measurement techniques[J]. Developments in Electromagnetic Theory & Applications, 2013, 192(480): 408-410. [4] 张爱敏. 频谱仪校准技术培训教材[M]. 北京 : 中国计量科学研究院 , 2006. [5] 詹志强, 何昭, 李建宇, 等. 频谱分析仪技术及测试应用指南[M]. 北京: 中国质检出版社, 2016. [6] 赵科佳, 詹志强, 张爱敏, 等. 频谱分析仪校准规范: JJF1396-2013 [S]. 北京: 中国质检出版社, 2013. [7] 刘贵斌, 梁琪, 苏腾. 频谱分析仪增益压缩校准检定方法探讨[J]. 计量科学与技术, 2021, 65(12): 49-54. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2020.0401 [8] 赵科佳, 张爱敏, 宁大愚, 等. 频谱分析仪自动检定/校准系统的研究[C]. 2007中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集(一), 2007. [9] 张强. 浅谈频谱分析仪[C]. 第三十二届中国(天津)2018 IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集, 2018. [10] 闫庆焕. 基于LabVIEW和声卡的频谱分析仪[D]. 青岛: 山东科技大学, 2015. [11] 胡宁, 徐兵. 基于LabVIEW的频谱分析仪的设计[J]. 计算机测量与控制, 2013, 21(5): 1404-1407. doi: 10.3969/j.issn.1671-4598.2013.05.096 [12] 周涛. 可程控频谱分析仪的实现[D]. 成都: 西华大学, 2012. [13] 王红仓. 基于SOPC的频谱分析仪的设计[D]. 西安: 陕西科技大学, 2008. [14] 樊国梁. 基于DSP的频谱分析仪设计[D]. 呼和浩特: 内蒙古大学, 2005. [15] 何毅军. 频谱分析仪的失真测量[J]. 国外电子测量技术, 2010(12): 1-3. doi: 10.3969/j.issn.1002-8978.2010.12.001 [16] 吕楼. 频谱分析仪的使用技巧[J]. 环球市场, 2016(34): 75. [17] 陈效杰, 楼红英, 罗剑兵, 等. 频谱分析仪一键式智能计量[J]. 宇航计测技术, 2021, 41(3): 19-26. doi: 10.12060/j.issn.1000-7202.2021.03.04 [18] 李云鹤. 3GHz频谱分析仪扫频本振设计[D]. 成都: 电子科技大学, 2013. [19] 深圳市鼎阳科技股份有限公司. 一种实时频谱分析仪及其数据处理方法: CN202311680061.2[P]. 2024-01-09. [20] 深圳市华腾通科技有限公司. 一种稳定性好的频谱分析仪: CN202321886373.4[P]. 2024-02-09. [21] 赵元琪, 尹永柯, 王洪君, 等. 基于频谱分析仪的语音识别及控制软件系统设计[J]. 现代电子技术, 2024, 47(6): 27-31. [22] 李青, 王成, 沈俊田. 基于AV4036F频谱分析仪的示教系统在课程教学中的应用实践[J]. 中国教育技术装备, 2024(4): 38-41. [23] 龚一君. 频谱分析仪与测量[J]. 电子测试, 2022(13): 102-105. doi: 10.3969/j.issn.1000-8519.2022.13.029 [24] 张东云, 韩耀东, 雷长征, 等. 频谱分析仪指标测试方法研究[J]. 现代科学仪器, 2023, 40(5): 21-25. [25] 陈梦茹, 任松寿. 频谱分析仪的应用[J]. 计算机自动测量与控制, 2000, 8(6): 60-62. [26] 张亚周, 张家运, 孙艳丽. 基于FPGA的频谱分析仪设计[J]. 电子设计工程, 2021, 29(16): 16-20. [27] 魏塬, 徐武彬. 虚拟频谱分析仪研究[J]. 制造业自动化, 2011, 33(15): 66-69. doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2011.8(s).19 [28] 周福超, 汪志勇, 居滋培. 基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪[J]. 仪器仪表学报, 2002, 23(z2): 741-743. doi: 10.3321/j.issn:0254-3087.2002.z2.126 [29] 赵文明, 张存, 康自明. 基于Y系数法的频谱分析仪噪声系数测量[J]. 计量与测试技术, 2024, 51(1): 28-30,33. [30] 张俊涛, 汪锦. 基于SOPC和LabVIEW的频谱分析仪[J]. 仪表技术与传感器, 2010(8): 31-33,49. doi: 10.3969/j.issn.1002-1841.2010.08.012 [31] 段美霞, 姚淑霞, 袁海军. 频谱分析仪校准研究[J]. 化工自动化及仪表, 2012, 39(3): 399-402. doi: 10.3969/j.issn.1000-3932.2012.03.028 [32] 金伟正, 赵小月, 肖云, 等. 基于GNURadio的频谱分析仪设计[J]. 实验室研究与探索, 2019, 38(1): 86-90. doi: 10.3969/j.issn.1006-7167.2019.01.022 [33] Mittal Sparsh. A Survey on optimized implementation of deep learning models on the NVIDIA Jetson platform[J]. Journal of systems architecture, 2019, 1: 97428-97442. [34] Kexu Sun, Guanhua Wang, Qing Zhang, et al. A 56-GS/s 8-bit Time-Interleaved ADC With ENOB and BW Enhancement Techniques in 28-nm CMOS[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2018, 54(3): 821-833. [35] Roussel E, Evain C, Le Parquier M, et al. Observing microscopic structures of a relativistic object using a time-stretch strategy[J]. Scientific eports, 2015, 5: 10330. doi: 10.1038/srep10330 [36] Xiaonan Hui, Taihang Ye, Shilie Zheng, et al. Space-frequency analysis with parallel computing in a phase-sensitive optical time-domain reflectometer distributed sensor[J]. Applied Optics, 2014, 53(28): 6586-6590. doi: 10.1364/AO.53.006586 [37] Reza Salem, Mark A Foster, Amy C Turner, et al. Optical time lens based on four-wave mixing on a silicon chip[J]. Optics Letters, 2008, 33(10): 1047-1049. doi: 10.1364/OL.33.001047 [38] Tonouchi Masayoshi. Cutting-edge terahertz technology[J]. Nature photonics, 2007, 1(2): 97-105. doi: 10.1038/nphoton.2007.3