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頻譜分析是觀察和測(cè)量信號(hào)幅度和信號(hào)失真的一種快速方法,其顯示結(jié)果可以直觀反映出輸入信號(hào)的傅立葉變換的幅度。信號(hào)頻域分析的測(cè)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(lǐng)域的多用途儀器。頻譜分析實(shí)質(zhì)上是考察給定信號(hào)源,天線,或信號(hào)分配系統(tǒng)的幅度與頻率的關(guān)系,這種分析能給出有關(guān)信號(hào)的重要信息,如穩(wěn)定度,失真,幅度以及調(diào)制的類型和質(zhì)量。利用這些信息,可以進(jìn)行電路或系統(tǒng)的調(diào)試,以提率或驗(yàn)證在所需要的信息發(fā)射和不需要的信號(hào)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(chǎng)維護(hù)。新型頻譜分析儀已經(jīng)改名叫信號(hào)分析儀,已經(jīng)成為具有重要價(jià)值的實(shí)驗(yàn)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(hào)細(xì)節(jié)已受到的高度重視。在制造領(lǐng)域,測(cè)量速度結(jié)合通過計(jì)算機(jī)來存取數(shù)據(jù)的能力,可以快速,和重復(fù)地完成一些極其復(fù)雜的測(cè)量。
有兩種技術(shù)方法可完成信號(hào)頻域測(cè)量(統(tǒng)稱為頻譜分析)。
1.FFT分析儀用數(shù)值計(jì)算的方法處理一定時(shí)間周期的信號(hào),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(hào)。FFT的特點(diǎn)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(hào)。
2.掃頻式頻譜分析儀可分析穩(wěn)定和周期變化信號(hào),可提供信號(hào)幅度和頻率信息,適合于寬頻帶快速掃描測(cè)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(hào)處理來實(shí)現(xiàn)多個(gè)立濾波器相當(dāng)?shù)墓δ堋母拍钌现v,F(xiàn)FT方法是簡(jiǎn)單明確的:對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化,再計(jì)算頻譜。實(shí)際上,為了使測(cè)量具有意義,還需要考慮很多因素。
FFT的實(shí)質(zhì)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(gè)頻率處。這對(duì)需要分析較窄頻帶(不是從直流開始)的測(cè)量情況可能是一個(gè)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(shí)間記錄中的取樣點(diǎn)數(shù)N,這也FFT輸出的節(jié)點(diǎn)數(shù)。不過,問題在于,這會(huì)增加FFT所要處理的數(shù)組長(zhǎng)度,從而增加計(jì)算時(shí)間。FFT算法的計(jì)算時(shí)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(zhǎng)度往往是可取的。
另一種方法是使用數(shù)字下變頻器,對(duì)于帶限信號(hào),進(jìn)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。

測(cè)試準(zhǔn)備
1.限制性保護(hù):規(guī)定輸入射頻電平和造成性損的電壓值:直流25V,交流峰峰值100V。
2.預(yù)熱:測(cè)試須等到OVER COLD消失。
3.自校:使用三個(gè)月,或重要測(cè)量前,要進(jìn)行自校。
4. 系統(tǒng)測(cè)量配置:配置是測(cè)量之前把測(cè)量的一些參數(shù)輸入進(jìn)去,省去每次測(cè)量都進(jìn)行一次參數(shù)輸入。內(nèi)容:測(cè)試項(xiàng)目、信號(hào)輸入方式(頻率還是頻道)、顯示單位、制式、噪聲測(cè)量帶寬和取樣點(diǎn)、測(cè)CTB、CSO的頻率點(diǎn)、測(cè)試行選通等。配置步驟:按MODE鍵——CABLE TV ANALYZER軟鍵——Setup軟鍵,進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)。細(xì)節(jié)為tune config調(diào)諧配置:包括頻率、頻道、制式、電平單位。Analyzer input輸入配置:是否加前置放大器。Beats setup拍頻設(shè)置、測(cè)CTB、CSO的頻點(diǎn)(頻率偏移CTB FRQ offset、CSO FRQ offset)。GATING YES NO是否選通測(cè)試行。C/N setup載噪比設(shè)置:頻點(diǎn)(頻率偏移C/N FRQ offset)、帶寬。

頻譜分析儀
是一種比較貴重的綜合性儀器,一旦損壞,相應(yīng)的維修費(fèi)用比較高,且維修周期比較長(zhǎng),因此正確使用非常重要。
1、對(duì)于來說電源是非常重要的,在給頻譜分析儀加電之前,一定要確保電源接確,保證地線可靠接地。頻譜分析儀配置的是三芯電源線,開機(jī)之前,必須將電源線插頭插入標(biāo)準(zhǔn)的三相插座中,千萬不要使用沒有保護(hù)地的電源線,以防止可能造成的人身傷害。
2、在對(duì)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量前,頻譜分析儀開機(jī)后應(yīng)預(yù)熱三十分鐘,當(dāng)測(cè)試環(huán)境溫度改變35度時(shí),頻譜分析儀應(yīng)重新進(jìn)行校準(zhǔn)。
3、任何頻譜分析儀在輸入端口都有一個(gè)允許輸入的全功率,稱為輸入電平。如國(guó)產(chǎn)多功能頻譜分析儀4032要求連續(xù)波輸入信號(hào)的功率不能超過+30dBmW(1W),且不允許直流輸入。若輸入信號(hào)值超出了頻譜分析儀所允許的輸入電平值,則會(huì)造成儀器損壞;對(duì)于不允許直流輸入的頻譜分析儀,若輸入信號(hào)中含有直流成份,則也會(huì)對(duì)頻譜分析儀造成損傷。
一般的輸入電平值通常在前面板靠近輸入連接口的地方標(biāo)出。如果頻譜分析儀不允許信號(hào)中含有直流電壓,當(dāng)測(cè)量帶有直流分量的信號(hào)時(shí),應(yīng)外接一個(gè)恰當(dāng)數(shù)值的電容器用于隔直流。
當(dāng)對(duì)所測(cè)信號(hào)的性質(zhì)不太了解時(shí),我們可采用以下的辦法來保證頻譜分析儀的安全使用:如果有RF功率計(jì),可以用它來先測(cè)一下信號(hào)電平;如果沒有功率計(jì),則在信號(hào)電纜與頻譜儀的輸入端之間應(yīng)接上一個(gè)一定量值的外部衰減器,頻譜分析儀應(yīng)選擇的射頻衰減和可能的基準(zhǔn)電平,并且使用寬的頻率掃寬(SPAN),保證可能偏出屏幕的信號(hào)可以清晰看見。我們也可以使用示波器、電壓表等儀器來檢查DC及AC信號(hào)電平。

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(cè)量,可用以測(cè)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(cè)量?jī)x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(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(cè)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(hào)的頻譜特性。頻譜分析儀依信號(hào)處理方式的不同,一般有兩種類型;即時(shí)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(shí)頻率分析儀的功能為在同一瞬間顯示頻域的信號(hào)振幅,其工作原理是針對(duì)不同的頻率信號(hào)而有相對(duì)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(hào)傳送到CRT或液晶等顯示儀器上進(jìn)行顯示,其優(yōu)點(diǎn)是能顯示周期性雜散波(Periodic Random Waves)的瞬間反應(yīng),其缺點(diǎn)是價(jià)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(shí)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(hào)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(shí)間作線性變化的振蕩頻率,經(jīng)混波器與輸入信號(hào)混波降頻后的中頻信號(hào)(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(hào)振幅與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。較低的RBW固然有助於不同頻率信號(hào)的分辨與量測(cè),低的RBW將濾除較高頻率的信號(hào)成份,導(dǎo)致信號(hào)顯示時(shí)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(hào)的偵測(cè),將增加雜訊底層值(Noise Floor),降低量測(cè)靈敏度,對(duì)於偵測(cè)低強(qiáng)度的信號(hào)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(jià)格較高,二是操作較為復(fù)雜。需要配合信號(hào)發(fā)生器。但使用起來很方便的可以查找故障。
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