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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(cè)量天線的發(fā)射功率,可按照?qǐng)D中紅色標(biāo)識(shí)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(gè)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(diǎn),此時(shí)旋轉(zhuǎn)旋鈕可以查看頻譜圖中任意一點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)。二、信號(hào)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(duì)講機(jī)、其他嵌入式設(shè)備等)所發(fā)射出來(lái)給基地臺(tái)的信號(hào)強(qiáng)度。
無(wú)線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào),通過(guò)饋線(電纜)輸送到天線,由天線以電磁波形式出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后,由天線接收下來(lái)(僅僅接收很小很小一部分功率),并通過(guò)饋線送到無(wú)線電接收機(jī)。因此在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的工程中,計(jì)算發(fā)射裝置的發(fā)射功率與天線的能力非常重要。
無(wú)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(cè)量標(biāo)準(zhǔn):
1、功率(W):相對(duì)1瓦(Watts)的線性水準(zhǔn)。例如,WiFi無(wú)線網(wǎng)卡的發(fā)射功率通常為0.036W,或者說(shuō)36mW。
2、增益(dBm):相對(duì)1毫瓦(milliwatt)的比例水準(zhǔn)。例如,WiFi無(wú)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(duì)功率
dB是一個(gè)表征相對(duì)值的值,當(dāng)考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個(gè)dB時(shí),按下面計(jì)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(jì)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(hào)功率噪聲功率
4、Rssi:
RSSI:ReceivedSignalStrengthIndication接收的信號(hào)強(qiáng)度指示,無(wú)線發(fā)送層的可選部分,用來(lái)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(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。
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(wú)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)。
頻譜儀是一種常用的,主要針對(duì)于射頻和微波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),在多個(gè)領(lǐng)域中都有一定的應(yīng)用。

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(wú)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(cè)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(lái)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(lái)之于外部或內(nèi)部產(chǎn)生,量測(cè)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(wú)確判斷信號(hào)的大小,影響量測(cè)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(lái)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?,F(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(cè)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(cè)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。

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、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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