頻譜分析儀是研究電信號頻譜結構的儀器,用于信號失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號參數(shù)的測量,可用以測量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù),是一種多用途的電子測量儀器。
頻譜分析儀分為掃頻式和實時分析式兩類。
1、掃頻式頻譜分析儀
它是具有顯示裝置的掃頻超外差接收機,主要用于連續(xù)信號和周期信號的頻譜分析。它工作于聲頻直至亞毫米的波頻段,只顯示信號的幅度而不顯示信號的相位。它的工作原理是:本地振蕩器采用掃頻振蕩器,它的輸出信號與被測信號中的各個頻率分量在混頻器內(nèi)依次進行差頻變換,所產(chǎn)生的中頻信號通過窄帶濾波器后再經(jīng)放大和檢波,加到視頻放大器作示波管的垂直偏轉(zhuǎn)信號,使屏幕上的垂直顯示正比于各頻率分量的幅值。本地振蕩器的掃頻由鋸齒波掃描發(fā)生器所產(chǎn)生的鋸齒電壓控制,鋸齒波電壓同時還用作示波管的水平掃描,從而使屏幕上的水平顯示正比于頻率。
2、實時式頻譜分析儀
在存在被測信號的有限時間內(nèi)提取信號的全部頻譜信息進行分析并顯示其結果的儀器主要用于分析持續(xù)時間很短的非重復性平穩(wěn)隨機過程和暫態(tài)過程,也能分析40兆赫以下的低頻和極低頻連續(xù)信號,能顯示幅度和相位。傅里葉分析儀是實時式頻譜分析儀,其基本工作原理是把被分析的模擬信號經(jīng)模數(shù)變換電路變換成數(shù)字信號后,加到數(shù)字濾波器進行傅里葉分析;由中央處理器控制的正交型數(shù)字本地振蕩器產(chǎn)生按正弦律變化和按余弦律變化的數(shù)字本振信號,也加到數(shù)字濾波器與被測信號作傅里葉分析。正交型數(shù)字式本振是掃頻振蕩器,當其頻率與被測信號中的頻率相同時就有輸出,經(jīng)積分處理后得出分析結果供示波管顯示頻譜圖形。正交型本振用正弦和余弦信號得到的分析結果是復數(shù),可以換算成幅度和相位。分析結果也可送到打印繪圖儀或通過標準接口與計算機相連。
頻譜分析儀是研究電信號頻譜結構的儀器,用于信號失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號參數(shù)的測量,可用以測量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù),是一種多用途的電子測量儀器。它又可稱為頻域示波器、跟蹤示波器、分析示波器、諧波分析器、頻率特性分析儀或傅里葉分析儀等
頻譜分析儀的工作原理
頻譜分析儀架構猶如時域用途的示波器,面板上布建許多功能控制按鍵,作為系統(tǒng)功能之調(diào)整與控制,實時頻譜分析儀(Real-TimeSpectrumAnalyzer)與掃瞄調(diào)諧頻譜分析儀(Sweep-TunedSpectrumAnalyzer)。實時頻率分析儀的功能為在同一瞬間顯示頻域的信號振幅,其工作原理是針對不同的頻率信號而有相對應的濾波器與檢知器(Detector),再經(jīng)由同步的多任務掃瞄器將信號傳送到CRT屏幕上,其優(yōu)點是能顯示周期性雜散波(PeriodicRandomWaves)的瞬間反應,其缺點是價昂且性能受限于頻寬范圍、濾波頻譜分析儀器的數(shù)目與最大的多任務交換時間(SwitchingTime)。
常用的頻譜分析儀是掃瞄調(diào)諧頻譜分析儀,可調(diào)變的本地振蕩器經(jīng)與CRT同步的掃瞄產(chǎn)生器產(chǎn)生隨時間作線性變化的振蕩頻率,經(jīng)混波器與輸入信號混波降頻后的中頻信號(IF)再放大、濾波與檢波傳送到CRT的垂直方向板,因此在CRT的縱軸顯示信號振幅與頻率的對應關系,信號流程架構如圖1.3所示。
影響信號反應的重要部份為濾波器頻寬,濾波器之特性為高斯濾波器(Gaussian-ShapedFilter),影響的功能就是量測時常見到的解析頻寬(RBW,ResolutionBandwidth)。RBW代表兩個不同頻率的信號能夠被清楚的分辨出來的最低頻寬差異,兩個不同頻率的信號頻寬如低于頻譜分析儀的RBW,此時該兩信號將重疊,難以分辨,較低的RBW固然有助于不同頻率信號的分辨與量測,低的RBW將濾除較高頻率的信號成份,導致信號顯示時產(chǎn)生失真,失真值與設定的RBW密切相關,較高的RBW固然有助于寬帶帶信號的偵測,將增加噪聲底層值(NoiseFloor),降低量測靈敏度,對于偵測低強度的信號易產(chǎn)生阻礙,因此適當?shù)腞BW寬度是正確使用頻譜分析儀重要的概念。
另外的視頻頻寬(VBW,VideoBandwidth)代表單一信號顯示在屏幕所需的最低頻寬。如前所說明,量測信號時,視頻頻寬過與不及均非適宜,都將造成量測的困擾,如何調(diào)整必須加以了解。通常RBW的頻寬大于等于VBW,調(diào)整RBW而信號振幅并無產(chǎn)生明顯的變化,此時之RBW頻寬即可加以采用。量測RF視頻載波時,信號經(jīng)設備內(nèi)部的混波器降頻后再加以放大、濾波(RBW決定)及檢波顯示等流程,若掃描太快,RBW濾波器將無法完全充電到信號的振幅峰值,因此必須維持足夠的掃描時間,而RBW的寬度與掃描時間呈互動關系,RBW較大,掃描時間也較快,反之亦然,RBW適當寬度的選擇因而顯現(xiàn)其重要性。較寬的RBW較能充分地反應輸入信號的波形與振幅,但較低的RBW將能區(qū)別不同頻率的信號。例如使用于6MHz頻寬視訊頻道的量測,經(jīng)驗得知,RBW為300kHz與3MHz時,載波振幅峰值并不產(chǎn)生顯著變化,量測6MHz的視頻信號通常選用300kHz的RBW以降低噪聲。天線信號量測時,頻譜分析儀的展頻(Span)使用100MHz,獲得較寬廣的信號頻譜需求,RBW使用3MHz。這些的量測參數(shù)并非一成不變,將會依現(xiàn)場狀況及過去量測的經(jīng)驗加以調(diào)整。
頻譜分析儀是研究電信號頻譜結構的儀器,用于信號失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號參數(shù)的測量,可用以測量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù),是一種多用途的電子測量儀器。它又可稱為頻域示波器、跟蹤示波器、分析示波器、諧波分析器、頻率特性分析儀或傅里葉分析儀等?,F(xiàn)代頻譜分析儀能以模擬方式或數(shù)字方式顯示分析結果,能分析1赫以下的甚低頻到亞毫米波段的全部無線電頻段的電信號。儀器內(nèi)部若采用數(shù)字電路和微處理器,具有存儲和運算功能;配置標準接口,就容易構成自動測試系統(tǒng)。那么,如何正確選購頻譜分析儀呢?
1、頻率范圍
頻譜工作時所能分析的信號頻率范圍。為頻譜的指標,必須保證測試信號在頻譜的工作頻率范圍以內(nèi)。
2、輸入功率
頻譜的輸入功率分為平均連續(xù)、脈沖輸入功率。平均連續(xù)功率是指儀器能連續(xù)輸入信號的最大功率值。脈沖輸入功率是指頻譜能測量的脈沖輸入功率的值(嚴格遵守廠家要求的脈沖寬度,占空比參數(shù))。輸入功率一般單位用dBm表示,dBm是一個考征功率值,計算公式為:10lg(功率值/1mw)。例如:0dBm=1mW,20dBm=100mW,30dBm=1000mW=1W。
3、輸入阻抗
分析儀對信號源呈現(xiàn)的終端阻抗。射頻和微波分析儀的額定阻抗通常是50Ω。對于某些系統(tǒng)(如有線電視),標準阻抗是75Ω。阻抗不匹配將造成很大的測量誤差,甚至干擾電路運行。
4、平均噪聲電平(DANL)
平均噪聲電平相當于頻譜自身噪聲的大小,選擇與工程師所測量的最小信號幅度有關。理想狀態(tài)DANL越小越好,但是隨著DANL越小需要的技術復雜程度越高價格就越為昂貴。測量如同在航行時只有海水低于礁石的時候我們才能看見礁石。
5、前置放大器
在頻譜內(nèi)增加一個微小信號放大模塊,可以改善系統(tǒng)(前置放大器和頻譜分析儀)靈敏度。主要用于測量微小信號。
6、跟蹤源
在頻譜內(nèi)增加一個與頻譜同步的掃頻信號源。添加跟蹤源后可進行標量網(wǎng)絡參數(shù)測量、例如:可以測試被測單元(如放大電路,濾波電路)的頻率特性曲線,配合駐波比測試套件也可以實現(xiàn)反射系數(shù)、回波損耗、駐波的測量。
選型小提示:
在測量信號頻譜時若信號為偶發(fā)跳變信號,則普通掃頻式頻譜因掃描速度較慢將很難測量到信號,需要使用新的實時類頻譜。
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