RIGOL DSA815-TG频谱分析仪评测（上） 实验室, 分析仪, 发射机, 功放, 项目

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频谱分析仪是用于测量射频信号幅度与频率之间关系的测量仪器，通常用于频域测量。而用于时域测量通常使用的仪器是示波器。频谱分析仪可以用于测量频率、功率幅度、谐波、带宽以及其他射频信号相关的参数。

　　图1：RIGOL 的DSA815-TG频谱分析仪

　　我在ARRL实验室经常进行的一个重要测试项目是对发射机或功放进行带外辐射指标的测试。在该指标的测试过程中，会测量发射信号的所有谐波和杂散相对基波（载波）信号的电平幅度差。通常我们采用经过计量的Agilent/HP 8563E频谱分析仪进行测试，这台频谱分析仪的频率覆盖范围为9kHz～26.5GHz。HP 8563E是一台非常精确的，实验室级别的专业仪器，但它的价格会让绝大多数火腿和电子爱好者望而生畏。即便是一台二手的HP 8563E这样的实验室级别的频谱分析仪，通常还要卖到几万美金的价格，广大爱好者通常都没有能力负担这个价格区间的仪器。

　　
　　图2 在实验室里我们利用1~2个大功率衰减器和1个步进衰减器将被测发射机的信号功率衰减到测试仪器能够接受的一个安全的功率水平下（通常会调整到1mW左右的）。图中DSA815-TG被用于测试一部2m手台发射的基波信号和谐波信号。

　　结论： RIGOL的DSA815-TG是一台资深电子爱好者及现场服务工程师能负担得起的轻便型频谱分析仪，还可应用于无线电爱好者的各种无线电活动中。
　　RIGOL（北京普源精电科技有限公司）是一家近年来在测试测量领域崭露头角的中国公司，它的产品目前已经广泛的在全世界范围内进行销售。RIGOL最近推出了型号为DSA815的频谱分析仪，频率覆盖范围从9kHz～1.5GHz，在美国的定价从1295美元起。这台频谱分析仪在《QST》杂志上登过广告，也在几个火腿节上进行过展示。ARRL的许多会员向我们咨询这个仪器，他们觉得这个频谱分析仪是“难以置信的好”。作为一名测试工程师，我也很好奇究竟这是不是真的，因此我们的产品评测编辑订购了一台DSA815-TG，该型号带有工厂预装的跟踪源，价格为1495美元（不含税）。
　　概 况
　　RIGOL的DSA815是一台设计非常紧凑的仪器，主机顶部带有提手，重量大约为9.4磅（约4.25公斤），既适合于实验室使用，也适合于便携移动使用。仪器的8寸彩色液晶屏占据了前面板上的主要面积，分辨率为800×480像素。这台频谱分析仪的绝大部分控制按键都与其他更高价位的同类仪器类似，因此任何熟悉频谱分析仪使用的用户都会很容易理解基础功能的使用。
　　不需要通过大多数老式专业的频谱分析仪上常见的GPIB接口，采用DSA815上的USB主从接口并配合控制面板上专用的PRINT（打印）按钮，可以非常容易的获取屏幕显示的频谱曲线和相关仪器设置数据。（GPIB——General Purpose Interface Bus， 通用接口总线——又称为IEEE488总线。RIGOL提供了一个USB转GPIB转换器选件。）我非常喜欢它的可翻转前支撑脚设计，支撑起来以后使得仪器在台面上的操作更加符合人体工程学要求。仪器的侧面有通风孔，所选用的风扇也很安静。
　　前面板上有两个50Ω特性阻抗的N型接头，分别用于射频输入（RF INPUT）和跟踪源输出（GEN OUTPUT）。在后面板上除了交流电源插座外，还有USB和LAN接口，以及3个BNC接头，分别用于10MHz参考信号的输入、输出和触发信号输入。从外面看起来，整机设计显得非常干练和现代，不知道内部功能和性能如何呢？
　　尽管我没能把这个仪器整机进行拆解和分析（会影响校准精度），但根据RIGOL的厂家解释，“DSA815采用全数字中频技术（利用DSP技术进行数字信号处理），使得该频谱分析仪在实现更小的分辨率带宽设置的同时，减小了本底平均噪声水平。”仪器的最小分辨率滤波器带宽为100Hz。采用全数字中频技术能够极大的降低硬件电路的复杂度，同时这是整机结构十分紧凑的原因之一。仪器频率覆盖范围为9kHz～1.5GHz，适用于绝大部分业余无线电设备的测试。RIGOL也提供其他系列的频谱分析仪（DSA1000A系列），能够覆盖最高到3GHz的频率范围，并且具有更高的灵敏度和更窄的分辨率带宽。
　　在ARRL实验室当中，我们的射频屏蔽室和相关的测试仪器主要用于测试常见的业余电台设备，不具备测试其他实验室仪器的条件。为了验证DSA815仪器性能指标是否符合厂家宣称的指标水平，我将这台仪器寄到了位于马塞诸塞州Chelmsford市的Essco计量实验室，该实验室为我们实验室中的测试仪器提供年度计量服务。Essco检查了这台仪器的所有性能指标，很快就贴好计量标签并寄回到ARRL实验室。表1列出了RIGOL这台DSA815-TG的关键性能指标，Essco经过测试后也确认其测试结果符合指标“标称”。
　　表1 RIGOL生产的频谱分析仪，型号为DSA815-TG，序列号DSA8A142400036
　　以下厂家声称的性能指标经位于马塞诸塞州Chelmsford市的Essco计量实验室检定后确认为符合指标范围。

　　

　　应 用
　　DSA815或者任何其他频谱分析仪的使用者都需要非常注意输入到仪器测试输入端的功率水平。以RIGOL的产品（DSA815）为例，如果输入超过+20dBm（100mW）功率的射频信号到仪器当中，很可能会有一定的风险，如果仪器损坏的话，维修和重校准的费用十分高昂。因此在测试过程中，通常在被测设备和频谱分析仪之间要串联功率衰减器和步进衰减器。在实验室中，处于安全考虑，以及避免由于过载带来额外的测量误差，通常控制输入信号幅度不超过1mW，或者利用衰减器将信号幅度衰减到这个大小再进行测量。如欲了解更多关于我们如何使用频谱分析仪对业余电台设备进行各种测试的信息，请查看网站上的ARRL实验室操作指南相关文档。ARRL手册中在测试测量一章中也详细介绍了频谱分析仪的相关使用方法。
在现场进行测试
　　2012年10月份在加州圣克拉拉举办的ARRL Pacificon全国大会上，我们的DSA815-TG很快就为大会提供服务。在这个大会上，我们搭建了一个由RIGOL的频谱分析仪、功率衰减器和步进衰减器以及一个鸟牌43型功率计组成的测试系统展台（如图3所示）。利用这套系统，我测试了几百个V段和U段的手台，每个手台的主人都非常希望了解他（她）自己的电台是否符合FCC频谱纯净度的规范要求（FCC规范97.307e部分）。在整个活动过程当中RIGOL的仪器不负所望，精确测试并忠实记录了每个电台的实际性能水平，不像某些被测电台的实际性能未能符合FCC的规范要求。另外，尽管展台顶部的荧光灯非常明亮，但每个来到我这个展台的人都能够非常容易的读取这台频谱仪液晶屏上显示的内容。

　　

　　图3 图中穿白大褂的是Bob Allison，呼号WB1GCM。在2012年11月的ARRL全国大会上，Bob协助来访者检查他们手台的频谱纯度。大部分电台都符合FCC的标准要求，但也有个别例外。