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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?。從概念上講,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。

問區(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有出現(xiàn)過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,打開預(yù)放。預(yù)放開,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。

產(chǎn)品名稱:頻譜分析儀
系列把接觸的相位噪聲、靈敏度、1Hz的分辨率和大的動(dòng)態(tài)范圍等功能組合在一個(gè)堅(jiān)固的機(jī)箱中,從而使之能適應(yīng)惡劣的環(huán)境條件。RF設(shè)計(jì),生產(chǎn)和維修應(yīng)用提供了優(yōu)良的性能,采用合成調(diào)諧,供無漂移的測(cè)量使用。
特性:
頻率范圍:30Hz~6.5GHz
分辨率帶寬1Hz至100Hz,數(shù)字式測(cè)量速度
低相位噪聲和大的動(dòng)態(tài)范圍
精密時(shí)基和1Hz計(jì)數(shù)器分辨率
鄰近信道功率、信道功率、載波功率和選通視頻測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)
牢固耐用,符合MTL-T-28800標(biāo)準(zhǔn)
選件:
001:第二中頻輸出
005:交替掃描輸出(不能同002聯(lián)用)
008:信號(hào)識(shí)別
103:去除精密頻率基準(zhǔn)和1Hz,3HzRBW
104:撤銷大容量存儲(chǔ)模塊
908:機(jī)架安裝配件(不帶把手)
909:機(jī)架安裝配件(帶把手)
1BN:MIL-STD-45662A校準(zhǔn)(無數(shù)據(jù))
1BP:MIL-STD-45662A校準(zhǔn)(帶數(shù)據(jù))
E35:ACPR測(cè)試儀
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