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頻譜分析儀儀器特性
分析頻譜分析儀的訊息處理過程
在量測高頻信號(hào)時(shí),外差式的頻譜分析儀混波以后的中頻因放大之故,能得到較高的靈敏度,且改變中頻濾波器的頻帶寬度,能容易地改變頻率的分辨率,但由于超外差式的頻譜分析儀是在頻帶內(nèi)掃瞄之故,因此,除非使掃瞄時(shí)間趨近于零,無法得到輸入信號(hào)的實(shí)時(shí)(Real Time)反應(yīng),故欲得到與實(shí)時(shí)分析儀的性能一樣的超外差式頻譜分析儀,其掃瞄速度要非常之快,若用比中頻濾波器之時(shí)間常數(shù)小的掃瞄時(shí)間來掃瞄的話,則無法得到信號(hào)正確的振幅,因此欲提高頻譜分析儀之頻率分辨率,且要能得到準(zhǔn)確之響應(yīng),要有適當(dāng)?shù)膾呙樗俣取S梢陨现當(dāng)⑹?,可以得知超外差式頻譜分析儀無法分析瞬時(shí)信號(hào)(TransientSignal)或脈沖信號(hào)(Impulse Signal)的頻譜,而其主要應(yīng)用則在測試周期性的信號(hào)及其它雜散信號(hào)(Random Signal)的頻譜。頻譜分析儀系統(tǒng)內(nèi)部及面板顯示的特性,詳如附錄一的說明,對(duì)該內(nèi)容的了解將有助于頻譜分析儀的操作使用。一般本地振蕩器輸出信號(hào)的頻率均高于中頻信號(hào)的頻率,本地振蕩器輸出信號(hào)的頻率可被調(diào)整在諧波之頻率,亦即?IN=n??LO±?I F n=1,2,3.......⑵
由式⑵得知,頻譜分析儀的信號(hào)量測范圍,無形中己被拓寬,低于或高于本地振蕩器或其它諧波頻率的輸入信號(hào),均能被混波產(chǎn)生中頻。延伸輸入信號(hào)頻率的混波原理,其中縱軸代表輸入信號(hào)(?IN),橫軸代表本地振蕩頻率(?LO),圖中的正負(fù)整數(shù)代表公式⑵中頻放大器對(duì)應(yīng)的正負(fù)號(hào)。
可體會(huì)頻譜分析儀利用本地振蕩的諧波信號(hào)延伸輸入信號(hào)頻率的工作原理。然而可能對(duì)應(yīng)多個(gè)輸入信號(hào)頻率,為消除此一現(xiàn)象,在衰減器前面加入頻率預(yù)選器(Preselector),用來提升頻譜分析儀的范圍,同時(shí)使輸出的結(jié)果能去除其它不必要的頻率而真正反應(yīng)輸入信號(hào)的頻率。
圖1.4:利用本地振蕩之諧波信號(hào)拓展信號(hào)頻率的原理
由以上得知超外差或頻譜分析儀無法分析瞬時(shí)信號(hào)(TransientSignal)或脈沖信號(hào)(Impulse Signal)的頻譜,而其主要應(yīng)用則在測試周期性的信號(hào)及其它隨機(jī)信號(hào)(Random Signal)的頻譜。

噪聲特性
由于電阻的熱敏效應(yīng),任何設(shè)備均具有噪聲,頻譜分析儀亦不例外,頻譜分析儀的噪聲,本質(zhì)上是熱噪聲,屬于隨機(jī)性(Random),它能被放大與衰減,由于系隨機(jī)性信號(hào),兩噪聲的結(jié)合只有相加而無法產(chǎn)生相減的效果。在頻帶范圍內(nèi)也相當(dāng)平坦,其頻寬遠(yuǎn)大于設(shè)備內(nèi)部電路的頻寬,檢測器檢知的噪聲值與設(shè)定的分辨率頻寬(RBW)有關(guān)。由于噪聲是隨機(jī)性迭加于信號(hào)功率上,因此顯示的噪聲準(zhǔn)位與分辨率頻寬成對(duì)數(shù)的關(guān)系,改變分辨率頻寬時(shí)噪聲隨之變化,噪聲改變量相關(guān)的數(shù)學(xué)式如下所示:
例如:頻寬從100kHz(BW1)調(diào)整到10kHz(BW2),則噪聲改變量為:
亦即降低噪聲量10dB (為原來的1/10),相對(duì)提高訊號(hào)與噪聲比10dB。由此可知,純粹要降低噪聲量,使用窄寬度的頻寬將能達(dá)到目的。不論噪聲來之于外部或內(nèi)部產(chǎn)生,量測時(shí)均將影響信號(hào)振幅的準(zhǔn)確性,特別在低準(zhǔn)位信號(hào)時(shí),更是如此,噪聲太大時(shí),甚至掩蓋信號(hào)以致無確判斷信號(hào)的大小,影響量測質(zhì)量的兩種噪聲可概括為下列項(xiàng):
⑴.產(chǎn)生于交換功能的數(shù)字電路、點(diǎn)火系統(tǒng)與DC 馬達(dá)脈沖噪聲,這類噪聲常見于EMI(Electromagnetic Interference)的討論領(lǐng)域里。
⑵. 隨機(jī)性噪聲來之于自然界或電路的電子移動(dòng),又稱之為KTBW (或稱熱敏)噪聲、Johnson 噪聲、寬帶噪聲或白氏(White)噪聲等,本書主要以熱敏噪聲為重點(diǎn),數(shù)學(xué)式為:
Pn =kTBW ,⑸
其中:Pn =噪聲功率= 3.98*10?21 瓦/Hz 或-174dB/Hz
k=Boltzman 常數(shù),1.38*10?23 joule/oK
T=溫度表示的常溫=290 oK
BW=系統(tǒng)的噪聲功率頻寬(Hz)。
在4MHz、75 Ω、290 oK 時(shí)的噪聲功率為-59.1dBm。由噪聲功率得知,信號(hào)頻寬降低,系統(tǒng)噪聲功率隨之降低,信號(hào)的質(zhì)量以信號(hào)噪聲比表示
(SNR;Signal-to-Noise Ratio),信號(hào)強(qiáng)度(單位為dBm)與系統(tǒng)噪聲功
率(單位為dBm)的相減值即為信號(hào)噪聲比,數(shù)學(xué)式為:
匹配因素

頻譜分析儀是研究電信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)的儀器,用于信號(hào)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(hào)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。現(xiàn)代頻譜分析儀能以模擬方式或數(shù)字方式顯示分析結(jié)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(hào)。
儀器內(nèi)部若采用數(shù)字電路和微處理器,具有存儲(chǔ)和運(yùn)算功能;配置標(biāo)準(zhǔn)接口,就容易構(gòu)成自動(dòng)測試系統(tǒng)。
頻譜分析儀是用來分析各頻率上的信號(hào)強(qiáng)度的,比如一臺(tái)FM發(fā)射機(jī)標(biāo)定的頻點(diǎn)為153.000MHz,如果在153M附近2M的位置上看到頻譜反應(yīng)都比較高,說明發(fā)射機(jī)的帶寬有2M左右,而且如果發(fā)射機(jī)在發(fā)射時(shí)看到51M、102M、204M、255M等頻率上都有較高起伏,說明發(fā)射機(jī)的帶通濾波不良,沒有濾除三次諧波(以上頻率僅舉例,相關(guān)頻點(diǎn)與發(fā)射機(jī)的倍頻方式有關(guān))。
模擬的頻譜分析儀稱掃頻儀,即相當(dāng)于一臺(tái)不停的變化接收頻率的接收機(jī),然后將各頻率上接收的場強(qiáng)幅度顯示出來。數(shù)字式的頻譜分析儀是行寬頻采樣,然后通過DSP做FFT處理實(shí)時(shí)得到頻譜信息。
網(wǎng)絡(luò)分析儀是比較多的,不知道你指的是什么地方用的,但不管是以太網(wǎng)的還是手機(jī)GSM網(wǎng)的等等,只有數(shù)字網(wǎng)絡(luò)才會(huì)用到網(wǎng)絡(luò)分析儀,它是基于協(xié)議的,正常捕獲網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù),然后根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析,例如以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)分析儀中,會(huì)有寬帶占用,發(fā)送包,接收包數(shù)量,TCP包,UDP包,ICMP包,IGMP包等等,用以分析網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流向。例如ARP攻擊可以捕捉分析大量發(fā)送ARP包的MAC和IP。
網(wǎng)絡(luò)分析儀一種能在寬頻帶內(nèi)進(jìn)行掃描測量以確定網(wǎng)絡(luò)參量的綜合性微波測量儀器。全稱是微波網(wǎng)絡(luò)分析儀。網(wǎng)絡(luò)分析儀是測量網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的一種新型儀器,可直接測量有源或無源、可逆或不可逆的雙口和單口網(wǎng)絡(luò)的復(fù)數(shù)散射參數(shù),并以掃頻方式給出各散射參數(shù)的幅度、相位頻率特性。自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀能對(duì)測量結(jié)果逐點(diǎn)進(jìn)行誤差修正,并換算出其他幾十種網(wǎng)絡(luò)參數(shù),如輸入反射系數(shù)、輸出反射系數(shù)、電壓駐波比、阻抗(或?qū)Ъ{)、衰減(或增益)、相移和群延時(shí)等傳輸參數(shù)以及隔離度和定向度等。

頻譜分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)有頻率范圍、分辨率、分析譜寬、分析時(shí)間、掃頻速度、靈敏度、顯示方式和假響應(yīng)。
頻率范圍
進(jìn)行正常工作的頻率區(qū)間?,F(xiàn)代頻譜儀的頻率范圍能從低于1赫直至300吉赫。
分辨力
在顯示器上能夠區(qū)分鄰近的兩條譜線之間頻率間隔的能力,是頻譜分析儀重要的技術(shù)指標(biāo)。分辨力與濾波器型式、波形因數(shù)、帶寬、本振穩(wěn)定度、剩余調(diào)頻和邊帶噪聲等因素有關(guān),掃頻式頻譜分析儀的分辨力還與掃描速度有關(guān)。分辨帶寬越窄越好。現(xiàn)代頻譜儀在高頻段分辨力為10~100赫。
分析譜寬
又稱頻率跨度。頻譜分析儀在一次測量分析中能顯示的頻率范圍,可等于或小于儀器的頻率范圍,通常是可調(diào)的。
分析時(shí)間
完成一次頻譜分析所需的時(shí)間,它與分析譜寬和分辨力有密切關(guān)系。對(duì)于實(shí)時(shí)式頻譜分析儀,分析時(shí)間不能小于其窄分辨帶寬的倒數(shù)。
掃頻速度:分析譜寬與分析時(shí)間之比,也就是掃頻的本振頻率變化速率。
靈敏度
顯示微弱信號(hào)的能力,受頻譜儀內(nèi)部噪聲的限制,通常要求靈敏度越高越好。動(dòng)態(tài)范圍指在顯示器上可同時(shí)觀測的信號(hào)與弱信號(hào)之比?,F(xiàn)代頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)80分貝。
顯示方式
顯示的幅度與輸入信號(hào)幅度之間的關(guān)系。通常有線性顯示、平方律顯示和對(duì)數(shù)顯示三種方式。
假響應(yīng)
顯示器上出現(xiàn)不應(yīng)有的譜線。這對(duì)超外差系統(tǒng)是不可避免的,應(yīng)設(shè)法抑止到小,現(xiàn)代頻譜分析儀可做到小于-90分貝毫瓦。
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