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頻譜分析儀是研究電信號頻譜結(jié)構(gòu)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(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。儀器內(nèi)部若采用數(shù)字電路和微處理器,具有存儲和運(yùn)算功能;配置標(biāo)準(zhǔn)接口,就容易構(gòu)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(diào)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(yīng)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(jìn)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(yīng),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(diào)諧頻譜分析儀,其基本結(jié)構(gòu)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(diào)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(yīng)關(guān)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(dǎo)致信號顯示時產(chǎn)生失真,失真值與設(shè)定的RBW密切相關(guān),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(qiáng)度的信號易產(chǎn)生阻礙,因此適當(dāng)?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(fù)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。

一、頻譜分析儀的使用入門
如下圖為所使用的頻譜分析儀面板外觀:
為了測量天線的發(fā)射功率,可按照圖中紅色標(biāo)識的步驟進(jìn)行。步驟與具體含義如下:
1、Frequency:設(shè)置頻率,按下該按鍵后,可在數(shù)字鍵盤輸入需要的頻率,數(shù)字鍵盤右邊一列為單位2、Span:設(shè)置顯示屏顯示頻率寬度,可根據(jù)需要設(shè)置,本次設(shè)置的50MHz3、Trace:該按鍵選擇保留顯示屏數(shù)據(jù)的方式,按下該案件后,可在藍(lán)色圈中選擇方式(類似于示波器中的“觸發(fā)方式”),由上往下第二個按鈕MaxHold表示保留發(fā)射功率4、Amplitude:調(diào)節(jié)頻譜分析儀的參考電衰減比,按下該按鍵后旋轉(zhuǎn)白色的大旋鈕可以進(jìn)行調(diào)節(jié),作用是將頻譜圖調(diào)整到合適的位置,不至于飛出屏幕。5、Mark(MAK):調(diào)出標(biāo)記點,此時旋轉(zhuǎn)旋鈕可以查看頻譜圖中任意一點的相關(guān)數(shù)據(jù)。二、信號相關(guān)名詞解釋1、發(fā)射功率:
發(fā)射功率就是所使用的設(shè)備(手機(jī)、對講機(jī)、其他嵌入式設(shè)備等)所發(fā)射出來給基地臺的信號強(qiáng)度。
無線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號,通過饋線(電纜)輸送到天線,由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點后,由天線接收下來(僅僅接收很小很小一部分功率),并通過饋線送到無線電接收機(jī)。因此在無線網(wǎng)絡(luò)的工程中,計算發(fā)射裝置的發(fā)射功率與天線的輻射能力非常重要。
無線電波的發(fā)射功率是指在給定頻段范圍內(nèi)的能量,通常有兩種衡量或測量標(biāo)準(zhǔn):
1、功率(W):相對1瓦(Watts)的線性水準(zhǔn)。例如,WiFi無線網(wǎng)卡的發(fā)射功率通常為0.036W,或者說36mW。
2、增益(dBm):相對1毫瓦(milliwatt)的比例水準(zhǔn)。例如,WiFi無線網(wǎng)卡的發(fā)射增益為15.56dBm。
2、增益:
(1)dBm:功率
公式:10lg功率P1mW
eg1:1mW發(fā)射功率用dBm表示:發(fā)射功率為:10lg(功率值/1mW)=10lg(1mW/1mW)=0dBm
eg2:2mW發(fā)射功率用dBm表示:發(fā)射功率為:10lg(功率值/1mW)=10lg(2mW/1mW)=10lg2=3dBm
(2)dB:相對功率
dB是一個表征相對值的值,當(dāng)考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個dB時,按下面計算公式:
公式:10lg甲功率乙功率
eg1、甲的功率是乙的功率的2倍,則用公式計算為:10lg(甲功率/乙功率)=10lg2=3dB,描述為甲比乙功率大了3dB。
3、信噪比(SNR):
信噪比SNR=信號功率噪聲功率
4、Rssi:
RSSI:ReceivedSignalStrengthIndication接收的信號強(qiáng)度指示,無線發(fā)送層的可選部分,用來判定鏈接質(zhì)量,以及是否廣播發(fā)送強(qiáng)度
頻譜分析儀是研究電信號頻譜結(jié)構(gòu)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。
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。
儀器內(nèi)部若采用數(shù)字電路和微處理器,具有存儲和運(yùn)算功能;配置標(biāo)準(zhǔn)接口,就容易構(gòu)成自動測試系統(tǒng)。
頻譜儀是一種常用的,主要針對于射頻和微波信號進(jìn)行檢測,在多個領(lǐng)域中都有一定的應(yīng)用。

頻譜分析儀儀器特性
分析頻譜分析儀的訊息處理過程
在量測高頻信號時,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,除非使掃瞄時間趨近于零,無法得到輸入信號的實時(Real Time)反應(yīng),故欲得到與實時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間常數(shù)小的掃瞄時間來掃瞄的話,則無法得到信號正確的振幅,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信號(TransientSignal)或脈沖信號(Impulse Signal)的頻譜,而其主要應(yīng)用則在測試周期性的信號及其它雜散信號(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的頻率均高于中頻信號的頻率,本地振蕩器輸出信號的頻率可被調(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,均能被混波產(chǎn)生中頻。延伸輸入信號頻率的混波原理,其中縱軸代表輸入信號(?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中頻放大器對應(yīng)的正負(fù)號。
可體會頻譜分析儀利用本地振蕩的諧波信號延伸輸入信號頻率的工作原理。然而可能對應(yīng)多個輸入信號頻率,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)輸入信號的頻率。
圖1.4:利用本地振蕩之諧波信號拓展信號頻率的原理
由以上得知超外差或頻譜分析儀無法分析瞬時信號(TransientSignal)或脈沖信號(Impulse Signal)的頻譜,而其主要應(yīng)用則在測試周期性的信號及其它隨機(jī)信號(Random Signal)的頻譜。

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(yù)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(diào)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(dá)84 dB
IQ下變頻器:
FSU3頻譜分析儀中頻A/D轉(zhuǎn)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
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