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频谱分析是观察和测量信号幅度和信号失真的一种快速方法,其显示结果可以直观反映出输入信号的傅立叶变换的幅度。信号频域分析的测量范围较其宽广,**过140dB,这使得频谱分析仪成为适合现代通信和微波领域的多用途仪器。频谱分析实质上是考察给定信号源,天线,或信号分配系统的幅度与频率的关系,这种分析能给出有关信号的重要信息,如稳定度,失真,幅度以及调制的类型和质量。利用这些信息,可以进行电路或系统的调试,以提率或验证在所需要的信息发射和不需要的信号发射方面是否符合不断涌现的各种规章条例。
现代频谱分析仪已经得到许多综合利用,从研究开发到生产制造,到现场维护。新型频谱分析仪已经改名叫信号分析仪,已经成为具有重要价值的实验室仪器,能够快速观察大的频谱宽度,然后*移近放大来观察信号细节已受到的高度重视。在制造领域,测量速度结合通过计算机来存取数据的能力,可以快速,和重复地完成一些较其复杂的测量。
有两种技术方法可完成信号频域测量(统称为频谱分析)。
1.FFT分析仪用数值计算的方法处理一定时间周期的信号,可提供频率;幅度和相位信息。这种仪器同样能分析周期和非周期信号。FFT的特点是速度快;精度高,但其分析频率带宽受ADC采样速率限制,适合分析窄带宽信号。
2.扫频式频谱分析仪可分析稳定和周期变化信号,可提供信号幅度和频率信息,适合于宽频带快速扫描测试。
FFT分析仪能够完成多通道滤波器式同样的功能,但*使用许多带通滤波器,它使用数字信号处理来实现多个立滤波器相当的功能。从概念上讲,FFT方法是简单明确的:对信号进行数字化,再计算频谱。实际上,为了使测量具有意义,还需要考虑很多因素。
FFT的实质是基带变换,换句话说,FFT的频率范围总是从0Hz开始并延伸到某个频率处。这对需要分析较窄频带(不是从直流开始)的测量情况可能是一个重大限制。例如,FFT分析仪具有取样频率,FFT的频率范围是0Hz到128KHz。若N=1024,则频率分辨力将是,故不能分辨间隔小于250Hz的谱线。
提高频率分辨力的一种方法是时间记录中的取样点数N,这也FFT输出的节点数。不过,问题在于,这会增加FFT所要处理的数组长度,从而增加计算时间。FFT算法的计算时间往往限制了仪器的性能(比如屏幕刷新速度),所以增加FFT的长度往往是可取的。
另一种方法是使用数字下变频器,对于带限信号,进行数字下变频,这样等效降低了采样速率,可以提高频率分辨力。ADC的输出与数字正弦波相乘,借助数字混频使数字正弦波的频率降低。
噪声特性
由于电阻的热敏效应,任何设备均具有噪声,频谱分析仪亦不例外,频谱分析仪的噪声,本质上是热噪声,属于随机性(Random),它能被放大与衰减,由于系随机性信号,两噪声的结合只有相加而无法产生相减的效果。在频带范围内也相当平坦,其频宽远大于设备内部电路的频宽,检测器检知的噪声值与设定的分辨率频宽(RBW)有关。由于噪声是随机性迭加于信号功率上,因此显示的噪声准位与分辨率频宽成对数的关系,改变分辨率频宽时噪声随之变化,噪声改变量相关的数学式如下所示:
例如:频宽从100kHz(BW1)调整到10kHz(BW2),则噪声改变量为:
亦即降低噪声量10dB (为原来的1/10),相对提高讯号与噪声比10dB。由此可知,纯粹要降低噪声量,使用窄宽度的频宽将能达到目的。不论噪声来之于外部或内部产生,量测时均将影响信号振幅的准确性,特别在低准位信号时,更是如此,噪声太大时,甚至掩盖信号以致无确判断信号的大小,影响量测质量的两种噪声可概括为下列项:
⑴.产生于交换功能的数字电路、点火系统与DC 马达脉冲噪声,这类噪声常见于EMI(Electromagnetic Interference)的讨论领域里。
⑵. 随机性噪声来之于自然界或电路的电子移动,又称之为KTBW (或称热敏)噪声、Johnson 噪声、宽带噪声或白氏(White)噪声等,本书主要以热敏噪声为重点,数学式为:
Pn =kTBW ,⑸
其中:Pn =噪声功率= 3.98*10?21 瓦/Hz 或-174dB/Hz
k=Boltzman 常数,1.38*10?23 joule/oK
T=温度表示的常温=290 oK
BW=系统的噪声功率频宽(Hz)。
在4MHz、75 Ω、290 oK 时的噪声功率为-59.1dBm。由噪声功率得知,信号频宽降低,系统噪声功率随之降低,信号的质量以信号噪声比表示
(SNR;Signal-to-Noise Ratio),信号强度(单位为dBm)与系统噪声功
率(单位为dBm)的相减值即为信号噪声比,数学式为:
匹配因素
频谱分析仪
是一种比较贵重的综合性仪器,一旦损坏,相应的维修费用比较高,且维修周期比较长,因此正确使用非常重要。
1、对于来说电源是非常重要的,在给频谱分析仪加电之前,一定要确保电源接确,保证地线可靠接地。频谱分析仪配置的是三芯电源线,开机之前,必须将电源线插头插入标准的三相插座中,千万不要使用没有保护地的电源线,以防止可能造成的人身伤害。
2、在对信号进行测量前,频谱分析仪开机后应预热三十分钟,当测试环境温度改变35度时,频谱分析仪应重新进行校准。
3、任何频谱分析仪在输入端口都有一个允许输入的全功率,称为输入电平。如国产多功能频谱分析仪4032要求连续波输入信号的功率不能**过+30dBmW(1W),且不允许直流输入。若输入信号值**出了频谱分析仪所允许的输入电平值,则会造成仪器损坏;对于不允许直流输入的频谱分析仪,若输入信号中含有直流成份,则也会对频谱分析仪造成损伤。
一般的输入电平值通常在前面板靠近输入连接口的地方标出。如果频谱分析仪不允许信号中含有直流电压,当测量带有直流分量的信号时,应外接一个恰当数值的电容器用于隔直流。
当对所测信号的性质不太了解时,我们可采用以下的办法来保证频谱分析仪的安全使用:如果有RF功率计,可以用它来先测一下信号电平;如果没有功率计,则在信号电缆与频谱仪的输入端之间应接上一个一定量值的外部衰减器,频谱分析仪应选择的射频衰减和可能的基准电平,并且使用宽的频率扫宽(SPAN),保证可能偏出屏幕的信号可以清晰看见。我们也可以使用示波器、电压表等仪器来检查DC及AC信号电平。
频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器,用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量,可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数,是一种多用途的电子测量仪器。它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果,能分析1赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。
仪器内部若采用数字电路和微处理器,具有存储和运算功能;配置标准接口,就*构成自动测试系统。
频谱分析仪是用来分析各频率上的信号强度的,比如一台FM发射机标定的频点为153.000MHz,如果在153M附近2M的位置上看到频谱反应都比较高,说明发射机的带宽有2M左右,而且如果发射机在发射时看到51M、102M、204M、255M等频率上都有较高起伏,说明发射机的带通滤波不良,没有滤除三次谐波(以上频率仅举例,相关频点与发射机的倍频方式有关)。
模拟的频谱分析仪称扫频仪,即相当于一台不停的变化接收频率的接收机,然后将各频率上接收的场强幅度显示出来。数字式的频谱分析仪是行宽频采样,然后通过DSP做FFT处理实时得到频谱信息。
网络分析仪是比较多的,不知道你指的是什么地方用的,但不管是以太网的还是手机GSM网的等等,只有数字网络才会用到网络分析仪,它是基于协议的,正常捕获网络中的数据,然后根据各项指标进行分析,例如以太网的网络分析仪中,会有宽带占用,发送包,接收包数量,TCP包,UDP包,ICMP包,IGMP包等等,用以分析网络中的数据流向。例如ARP攻击可以捕捉分析大量发送ARP包的MAC和IP。
网络分析仪一种能在宽频带内进行扫描测量以确定网络参量的综合性微波测量仪器。全称是微波网络分析仪。网络分析仪是测量网络参数的一种新型仪器,可直接测量有源或无源、可逆或不可逆的双口和单口网络的复数散射参数,并以扫频方式给出各散射参数的幅度、相位频率特性。自动网络分析仪能对测量结果逐点进行误差修正,并换算出其他几十种网络参数,如输入反射系数、输出反射系数、电压驻波比、阻抗(或导纳)、衰减(或增益)、相移和群延时等传输参数以及隔离度和定向度等。
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