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頻譜分析儀匹配因素
量測設(shè)備的輸入阻抗有時(shí)無法匹配待測件連接線特性阻抗,根據(jù)電磁
理論,阻抗匹配時(shí),輸出功率且沒有其它不良的,而阻抗不匹
配,將造成信號反射,影響系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定與造成信號功率的損失。信號
在傳輸在線往返傳送將產(chǎn)生駐波及噪聲,進(jìn)而影響接收端的信號質(zhì)量與量
測值的準(zhǔn)確性。量測設(shè)備輸入阻抗與待測件組抗不匹配之缺點(diǎn)可規(guī)納為:
A.信號反射,傳輸纜在線產(chǎn)生駐波。
B.噪聲。
C.降低信號輸出功率。
D.影響系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定。
E.影響量測值之準(zhǔn)確度。

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,兩噪聲的結(jié)合只有相加而無法產(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)性迭加于信號功率上,因此顯示的噪聲準(zhǔn)位與分辨率頻寬成對數(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 (為原來的1/10),相對提高訊號與噪聲比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。不論噪聲來之于外部或內(nèi)部產(chǎn)生,量測時(shí)均將影響信號振幅的準(zhǔn)確性,特別在低準(zhǔn)位信號時(shí),更是如此,噪聲太大時(shí),甚至掩蓋信號以致無確判斷信號的大小,影響量測質(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,信號頻寬降低,系統(tǒng)噪聲功率隨之降低,信號的質(zhì)量以信號噪聲比表示
(SNR;Signal-to-Noise Ratio),信號強(qiáng)度(單位為dBm)與系統(tǒng)噪聲功
率(單位為dBm)的相減值即為信號噪聲比,數(shù)學(xué)式為:
匹配因素

頻譜分析儀分為實(shí)時(shí)分析式和掃頻式兩類。前者能在被測信號發(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;后者需通過多次取樣過程來完成重復(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)射頻信號和周期信號的分析。
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)信號和周期信號的頻譜分析。它工作于聲頻直至亞毫米的波頻段,只顯示信號的幅度而不顯示信號的相位。它的工作原理是:本地振蕩器采用掃頻振蕩器,它的輸出信號與被測信號中的各個(gè)頻率分量在混頻器內(nèi)依次進(jìn)行差頻變換,所產(chǎn)生的中頻信號通過窄帶濾波器后再經(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,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。
工作原理、用掃頻振蕩器作為超外差接收機(jī)的本機(jī)振蕩器,當(dāng)選擇開關(guān)S置于1,鋸齒波掃描電壓對本機(jī)振蕩器I進(jìn)行掃頻,輸入信號中的各個(gè)頻率分量在混頻器中與本機(jī)掃頻信號進(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。
實(shí)時(shí)式頻譜分析儀
在存在被測信號的有間內(nèi)提取信號的全部頻譜信息進(jìn)行分析并顯示其結(jié)果的儀器主要用于分析持續(xù)時(shí)間很短的非重復(fù)性平穩(wěn)隨機(jī)過程和暫態(tài)過程,也能分析40兆赫以下的低頻和極低頻連續(xù)信號,能顯示幅度和相位。傅里葉分析儀是實(shí)時(shí)式頻譜分析儀,其基本工作原理是把被分析的模擬信號經(jīng)模數(shù)變換電路變換成數(shù)字信號后,加到數(shù)字濾波器進(jìn)行傅里葉分析;由*處理器控制的正交型數(shù)字本地振蕩器產(chǎn)生按正弦律變化和按余弦律變化的數(shù)字本振信號,也加到數(shù)字濾波器與被測信號作傅里葉分析。正交型數(shù)字式本振是掃頻振蕩器,當(dāng)其頻率與被測信號中的頻率相同時(shí)就有輸出,經(jīng)積分處理后得出分析結(jié)果供示波管顯示頻譜圖形。正交型本振用正弦和余弦信號得到的分析結(jié)果是復(fù)數(shù),可以換算成幅度和相位。分析結(jié)果也可送到打印繪圖儀或通過標(biāo)準(zhǔn)接口與計(jì)算機(jī)相連。

使用頻譜分析儀測量場強(qiáng)的方法:是一種應(yīng)用廣泛的信號。它可用來測量信號的頻率、電平、波形失真、噪聲電平、頻譜特性等,加上標(biāo)準(zhǔn)天線還可用來測量場強(qiáng)。
它的主要特點(diǎn)是:能寬頻帶連續(xù)掃描,并將測得的信號在CRT屏上直觀地顯示出來。在整個(gè)頻段內(nèi),電平顯示范圍大于70dB,在無線電電波測量中可以很方便地看出頻譜占用和信號活動(dòng)情況,所以在很多場合,頻譜儀正在替代場強(qiáng)儀成為電波測量中一種新的被廣泛應(yīng)用的儀器。但必竟二者設(shè)計(jì)上有差異,因此使用側(cè)重面應(yīng)有所有同,否則將會(huì)帶來很大的測量誤差。現(xiàn)代多采用微機(jī)處理,顯示刻度可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換。在實(shí)際測量中要特別注意天線阻抗與測試系統(tǒng)的匹配問題,避免產(chǎn)生失配誤差。由于頻譜儀在使用中是進(jìn)行寬帶掃描,所以所用天線要求也都是寬帶天線,而寬帶天線的VSWR一般都較大,如果與頻譜儀聯(lián)接的不是匹配天線,則要對所用天線的天線系數(shù)重新校對。在實(shí)際測量中,輸入衰減器不宜放在0dB的位置,如果衰減器置0,輸入信號直接接到混頻器上,則阻抗特性變差,造成較大的失配誤差。
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