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頻譜分析儀是對(duì)無(wú)線電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的*手段,是從事電子產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)的常用工具。因此,應(yīng)用十分廣泛,被稱為的射頻萬(wàn)用表。
傳統(tǒng)產(chǎn)品
傳統(tǒng)的頻譜分析儀的前端電路是一定帶寬內(nèi)可調(diào)諧的接收機(jī),輸入信號(hào)經(jīng)變頻器變頻后由低通濾器輸出,濾波輸出作為垂直分量,頻率作為水平分量,在示波器屏幕上繪出坐標(biāo)圖,就是輸入信號(hào)的頻譜圖。由于變頻器可以達(dá)到很寬的頻率,例如30Hz-30GHz,與外部混頻器配合,可擴(kuò)展到100GHz以上,頻譜分析儀是頻率覆蓋寬的測(cè)量?jī)x器。無(wú)論測(cè)量連續(xù)信號(hào)或調(diào)制信號(hào),頻譜分析儀都是很理想的測(cè)量工具。但是,傳統(tǒng)的頻譜分析儀也有明顯的缺點(diǎn),它只能測(cè)量頻率的幅度,缺少相位信息,因此屬于標(biāo)量?jī)x器而不是矢量?jī)x器。

頻譜分析儀分類
頻譜分析儀分為實(shí)時(shí)分析式和掃頻式兩類。前者能在被測(cè)信號(hào)發(fā)生的實(shí)際時(shí)間內(nèi)取得所需要的全部頻譜信息并進(jìn)行分析和顯示分析結(jié)果;后者需通過(guò)多次取樣過(guò)程來(lái)完成重復(fù)信息分析。實(shí)時(shí)式頻譜分析儀主要用于非重復(fù)性、持續(xù)期很短的信號(hào)分析。非實(shí)時(shí)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(hào)和周期信號(hào)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(jī),主要用于連續(xù)信號(hào)和周期信號(hào)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(hào)的幅度而不顯示信號(hào)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(hào)與被測(cè)信號(hào)中的各個(gè)頻率分量在混頻器內(nèi)依次進(jìn)行差頻變換,所產(chǎn)生的中頻信號(hào)通過(guò)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(hào),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(shí)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。
用掃頻振蕩器作為超外差接收機(jī)的本機(jī)振蕩器,當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)S置于1,鋸齒波掃描電壓對(duì)本機(jī)振蕩器I進(jìn)行掃頻,輸入信號(hào)中的各個(gè)頻率分量在混頻器中與本機(jī)掃頻信號(hào)進(jìn)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(zhuǎn)系統(tǒng),使屏幕上的垂直顯示正比于各個(gè)頻率分量的振幅。掃描電壓同時(shí)加到示波管的水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),從而使頻幕的X坐標(biāo)變成頻率坐標(biāo),并在屏幕上顯示出被分析的輸入信號(hào)頻譜圖。上述工作方式在本機(jī)振蕩器I上進(jìn)行掃頻,稱“掃前式”工作模式,具有很寬的分析頻帶。當(dāng)S置于2時(shí),也可在本機(jī)振蕩器Ⅱ上進(jìn)行掃頻,稱“掃中頻式”工作模式,這時(shí)可進(jìn)行窄帶頻譜分析。

問(wèn)區(qū)
怎樣設(shè)置才能獲得頻譜儀佳的靈敏度,以方便觀測(cè)小信號(hào)?
首先根據(jù)被測(cè)小信號(hào)的大小設(shè)置相應(yīng)的中心頻率、掃寬(span)以及參考電平;然后在頻譜分析儀沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)載提示的情況下逐步降低衰減值。
如果此時(shí)被測(cè)小信號(hào)的信噪比小于15db,就逐步減小rbw,rbw越小,頻譜分析儀的底噪越低,靈敏度就越高。
如果頻譜分析儀有預(yù)放,打開(kāi)預(yù)放。預(yù)放開(kāi),可以提高頻譜分析儀的噪聲系數(shù),從而提高了靈敏度。對(duì)于信噪比不高的小信號(hào),可以減少vbw或者采用軌跡平均,平滑噪聲,減小波動(dòng)。
需要注意的是,頻譜儀測(cè)量結(jié)果是外部輸入信號(hào)和頻譜分析儀內(nèi)部噪聲之和,要使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確,通常要求信噪比大于20db。
分辨率帶寬(rbw)越小越好嗎?
rbw越小,頻譜分析儀靈敏度就越好,但是,掃描速度會(huì)變慢。好根據(jù)實(shí)際測(cè)試需求設(shè)rbw,在靈敏度和速度之間找到平衡點(diǎn)–既保證準(zhǔn)確測(cè)量信號(hào)又可以得到快速的測(cè)量速度。
平均檢波方式(averagetype)如何選擇:power?logpower?voltage?
logpower對(duì)數(shù)功率平均:又稱videoaveraging,這種平均方式具有低的底噪,適合于低電平連續(xù)波信號(hào)測(cè)試。
但對(duì)”類噪聲“信號(hào)會(huì)有一定的誤差,比如寬帶調(diào)制信號(hào)w-cdma等。
功率平均:又稱rms平均,這種平均方式適合于“類噪聲”信號(hào)(如:cdma)總功率測(cè)量。
電壓平均:這種平均方式適合于觀測(cè)調(diào)幅信號(hào)或者脈沖調(diào)制信號(hào)的上升和下降時(shí)間測(cè)量。
掃描模式的選擇:sweep還是fft?
現(xiàn)代頻譜儀的掃描模式通常都具有sweep模式和fft模式。通常在比較窄的rbw設(shè)置時(shí),fft比sweep更具有速度優(yōu)勢(shì),但在較寬rbw的條件下,sweep模式更快。
當(dāng)掃寬小于fft的分析帶寬時(shí),fft模式可以測(cè)量瞬態(tài)信號(hào);在掃寬超出頻譜分析儀的fft分析帶寬時(shí),如果采用fft掃描模式,工作方式是對(duì)信號(hào)進(jìn)行分段處理,段與段之間在時(shí)間上存在不連續(xù)性,則可能在信號(hào)采樣間隙時(shí),丟失有用信號(hào),頻譜分析就會(huì)存在失真。

頻譜分析儀操作
硬鍵、軟鍵和旋鈕
這是儀器的基本操作手段。
1.三個(gè)大硬鍵和一個(gè)大旋鈕:大旋鈕的功能由三個(gè)大硬鍵設(shè)定。按一下頻率硬鍵,則旋鈕可以微調(diào)儀器顯示的中心頻率;按一下掃描寬度硬鍵,則旋鈕可以調(diào)節(jié)儀器掃描的頻率寬度;按一下幅度硬鍵,則旋鈕可以調(diào)節(jié)信號(hào)幅度。旋動(dòng)旋鈕時(shí),中心頻率、掃描寬度(起始、終止頻率)、和幅度的dB數(shù)同時(shí)顯示在屏幕上。
2.軟鍵:在屏幕右邊,有一排縱向排列的沒(méi)有標(biāo)志的按鍵,它的功能隨項(xiàng)目而變,在屏幕的右側(cè)對(duì)應(yīng)于按鍵處顯示什么,它就是什么按鍵。
3. 其它硬鍵:儀器狀態(tài)(INSTRUMNT STATE)控制區(qū)有十個(gè)硬鍵:RESET清零、CANFIG配置、CAL校準(zhǔn)、AUX CTRL控制、COPY打印、MODE模式、SAVE存儲(chǔ)、RECALL調(diào)用、MEAS/USER測(cè)量/用戶自定義、SGL SWP信號(hào)掃描。光標(biāo)(MARKER)區(qū)有四個(gè)硬鍵:MKR光標(biāo)、MKR 光標(biāo)移動(dòng)、RKR FCTN光標(biāo)功能、PEAK SEARCH峰值搜索??刂疲–ONTRL)區(qū)有六個(gè)硬鍵:SWEEP掃描、BW帶寬、TRIG觸發(fā)、AUTO COVPLE自動(dòng)耦合、TRACE跟蹤、DISPLAY顯示。在數(shù)字鍵區(qū)有一個(gè)BKSP回退,數(shù)字鍵區(qū)的右邊是一縱排四個(gè)ENTER確認(rèn)鍵,同時(shí)也是單位鍵。大旋鈕上面的三個(gè)硬鍵是窗口鍵:ON打開(kāi)、NEXT下一屏、ZOOM縮放。大旋鈕下面的兩個(gè)帶頭的鍵STEP配合大旋鈕使用作上調(diào)、下調(diào)。
輸入和輸出接口位于一起面板下邊一排。TV IN測(cè)視頻指標(biāo)的信號(hào)輸;VOL INTEN是內(nèi)外一套旋鈕控制、調(diào)節(jié)內(nèi)置喇叭的音量和屏幕亮度;CAL OUT儀器自檢信號(hào)輸出;300Mhz 29dBmv儀器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出口;PROBE PWR儀器探針電源;IN 75Ω1M—1.8G測(cè)試信號(hào)總輸。
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