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頻譜分析儀分為實時分析式和掃頻式兩類。前者能在被測信號發(fā)生的實際時間內(nèi)取得所需要的全部頻譜信息并進行分析和顯示分析結果;后者需通過多次取樣過程來完成重復信息分析。實時式頻譜分析儀主要用于非重復性、持續(xù)期很短的信號分析。非實時式頻譜分析儀主要用于從聲頻直到亞毫米波段的某一段連續(xù)射頻信號和周期信號的分析。
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。
工作原理、用掃頻振蕩器作為超外差接收機的本機振蕩器,當選擇開關S置于1,鋸齒波掃描電壓對本機振蕩器I進行掃頻,輸入信號中的各個頻率分量在混頻器中與本機掃頻信號進行差頻,它們依次落入中放窄帶濾波器的通帶內(nèi),被濾波器選出,經(jīng)二次變頻、檢波、放大后,加到示波管的垂直偏轉系統(tǒng),使屏幕上的垂直顯示正比于各個頻率分量的振幅。掃描電壓同時加到示波管的水平偏轉系統(tǒng),從而使頻幕的X坐標變成頻率坐標,并在屏幕上顯示出被分析的輸入信號頻譜圖。上述工作方式在本機振蕩器I上進行掃頻,稱“掃前式”工作模式,具有很寬的分析頻帶。當S置于2時,也可在本機振蕩器Ⅱ上進行掃頻,稱“掃中頻式”工作模式,這時可進行窄帶頻譜分析。
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*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。

FSU3頻譜分析儀優(yōu)異的射頻性能一直是羅德與施瓦茨頻譜儀的主要特點。R&SFSU繼續(xù)保持這個傳統(tǒng),提供了如下的射頻性能:
FSU3頻譜分析儀射頻性能:
FSU3頻譜分析儀到3.6GHz的總電平不確定度為0.3dB
FSU3頻譜分析儀到-70dB時的線形度誤差小于0.1dB
FSU3頻譜分析儀電平精度:
FSU3頻譜分析儀顯示平均本地噪聲:-158 dBm(歸一化到1 Hz),無預放
FSU3頻譜分析儀單邊帶相位噪聲typ. -123 dBc/Hz @ 10 kHz 偏移, 中心頻率640 MHz
FSU3頻譜分析儀單邊帶相位噪聲typ. -160 dBc/Hz @ 10 MHz 偏移, 中心頻率640 MHz
FSU3頻譜分析儀三階互調截斷點(TOI):典型值+25 dBm
1dB壓縮點:+13dBm
WCDMA鄰信道泄漏功率(ACLR)動態(tài)范圍為.5 dB,打開噪聲修正之后可達84 dB
IQ下變頻器:
FSU3頻譜分析儀中頻A/D轉換的精度為14bit,采樣率32MHz(中頻頻率為20.4MHz)
IQ存儲器容量為2x512 k采樣點

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、調制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調失真等信號參數(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)。
頻譜分析系統(tǒng)主要的功能是在頻域里顯示輸入信號的頻譜特性。頻譜分析儀依信號處理方式的不同,一般有兩種類型;即時頻譜分析儀(Real-Time Spectrum Analyzer)與掃描調諧頻譜分析儀(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer).即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)由同步的多工掃描器將信號傳送到CRT或液晶等顯示儀器上進行顯示,其優(yōu)點是能顯示周期性雜散波(Periodic Random Waves)的瞬間反應,其缺點是價昂且性能受限于頻寬范圍,濾波器的數(shù)目與的多工交換時間(Switching Time).常用的頻譜分析儀是掃描調諧頻譜分析儀,其基本結構類似超外差式,工作原理是輸入信號經(jīng)衰減器直接外加到混波器,可調變的本地振蕩器經(jīng)與CRT同步的掃描產(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。較低的RBW固然有助於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固然有助於寬頻帶信號的偵測,將增加雜訊底層值(Noise Floor),降低量測靈敏度,對於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。
一般維修者不使用,一是他的價格較高,二是操作較為復雜。需要配合信號發(fā)生器。但使用起來很方便的可以查找故障。

頻譜分析是觀察和測量信號幅度和信號失真的一種快速方法,其顯示結果可以直觀反映出輸入信號的傅立葉變換的幅度。信號頻域分析的測量范圍極其寬廣,超過140dB,這使得頻譜分析儀成為適合現(xiàn)代通信和微波領域的多用途儀器。頻譜分析實質上是考察給定信號源,天線,或信號分配系統(tǒng)的幅度與頻率的關系,這種分析能給出有關信號的重要信息,如穩(wěn)定度,失真,幅度以及調制的類型和質量。利用這些信息,可以進行電路或系統(tǒng)的調試,以提率或驗證在所需要的信息發(fā)射和不需要的信號發(fā)射方面是否符合不斷涌現(xiàn)的各種規(guī)章條例。
現(xiàn)代頻譜分析儀已經(jīng)得到許多綜合利用,從研究開發(fā)到生產(chǎn)制造,到現(xiàn)場維護。新型頻譜分析儀已經(jīng)改名叫信號分析儀,已經(jīng)成為具有重要價值的實驗室儀器,能夠快速觀察大的頻譜寬度,然后迅速移近放大來觀察信號細節(jié)已受到的高度重視。在制造領域,測量速度結合通過計算機來存取數(shù)據(jù)的能力,可以快速,和重復地完成一些極其復雜的測量。
有兩種技術方法可完成信號頻域測量(統(tǒng)稱為頻譜分析)。
1.FFT分析儀用數(shù)值計算的方法處理一定時間周期的信號,可提供頻率;幅度和相位信息。這種儀器同樣能分析周期和非周期信號。FFT的特點是速度快;精度高,但其分析頻率帶寬受ADC采樣速率限制,適合分析窄帶寬信號。
2.掃頻式頻譜分析儀可分析穩(wěn)定和周期變化信號,可提供信號幅度和頻率信息,適合于寬頻帶快速掃描測試。
FFT分析儀能夠完成多通道濾波器式同樣的功能,但無需使用許多帶通濾波器,它使用數(shù)字信號處理來實現(xiàn)多個立濾波器相當?shù)墓δ堋母拍钌现v,F(xiàn)FT方法是簡單明確的:對信號進行數(shù)字化,再計算頻譜。實際上,為了使測量具有意義,還需要考慮很多因素。
FFT的實質是基帶變換,換句話說,F(xiàn)FT的頻率范圍總是從0Hz開始并延伸到某個頻率處。這對需要分析較窄頻帶(不是從直流開始)的測量情況可能是一個重大限制。例如,F(xiàn)FT分析儀具有取樣頻率,F(xiàn)FT的頻率范圍是0Hz到128KHz。若N=1024,則頻率分辨力將是,故不能分辨間隔小于250Hz的譜線。
提高頻率分辨力的一種方法是時間記錄中的取樣點數(shù)N,這也FFT輸出的節(jié)點數(shù)。不過,問題在于,這會增加FFT所要處理的數(shù)組長度,從而增加計算時間。FFT算法的計算時間往往限制了儀器的性能(比如屏幕刷新速度),所以增加FFT的長度往往是可取的。
另一種方法是使用數(shù)字下變頻器,對于帶限信號,進行數(shù)字下變頻,這樣等效降低了采樣速率,可以提高頻率分辨力。ADC的輸出與數(shù)字正弦波相乘,借助數(shù)字混頻使數(shù)字正弦波的頻率降低。
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