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频谱分析仪分为实时分析式和扫频式两类。前者能在被测信号发生的实际时间内取得所需要的全部频谱信息并进行分析和显示分析结果;后者需通过多次取样过程来完成重复信息分析。实时式频谱分析仪主要用于非重复性、持续期很短的信号分析。非实时式频谱分析仪主要用于从声频直到亚毫米波段的某一段连续射频信号和周期信号的分析。
扫频式频谱分析仪
它是具有显示装置的扫频**外差接收机,主要用于连续信号和周期信号的频谱分析。它工作于声频直至亚毫米的波频段,只显示信号的幅度而不显示信号的相位。它的工作原理是:本地振荡器采用扫频振荡器,它的输出信号与被测信号中的各个频率分量在混频器内依次进行差频变换,所产生的中频信号通过窄带滤波器后再经放大和检波,加到视频放大器作示波管的垂直偏转信号,使屏幕上的垂直显示正比于各频率分量的幅值。本地振荡器的扫频由锯齿波扫描发生器所产生的锯齿电压控制,锯齿波电压同时还用作示波管的水平扫描,从而使屏幕上的水平显示正比于频率。
工作原理、用扫频振荡器作为**外差接收机的本机振荡器,当选择开关S置于1,锯齿波扫描电压对本机振荡器I进行扫频,输入信号中的各个频率分量在混频器中与本机扫频信号进行差频,它们依次落入中放窄带滤波器的通带内,被滤波器选出,经二次变频、检波、放大后,加到示波管的垂直偏转系统,使屏幕上的垂直显示正比于各个频率分量的振幅。扫描电压同时加到示波管的水平偏转系统,从而使频幕的X坐标变成频率坐标,并在屏幕上显示出被分析的输入信号频谱图。上述工作方式在本机振荡器I上进行扫频,称“扫前式”工作模式,具有很宽的分析频带。当S置于2时,也可在本机振荡器Ⅱ上进行扫频,称“扫中频式”工作模式,这时可进行窄带频谱分析。
实时式频谱分析仪
在存在被测信号的有间内提取信号的全部频谱信息进行分析并显示其结果的仪器主要用于分析持续时间很短的非重复性平稳随机过程和暂态过程,也能分析40兆赫以下的低频和较低频连续信号,能显示幅度和相位。傅里叶分析仪是实时式频谱分析仪,其基本工作原理是把被分析的模拟信号经模数变换电路变换成数字信号后,加到数字滤波器进行傅里叶分析;由*处理器控制的正交型数字本地振荡器产生按正弦律变化和按余弦律变化的数字本振信号,也加到数字滤波器与被测信号作傅里叶分析。正交型数字式本振是扫频振荡器,当其频率与被测信号中的频率相同时就有输出,经积分处理后得出分析结果供示波管显示频谱图形。正交型本振用正弦和余弦信号得到的分析结果是复数,可以换算成幅度和相位。分析结果也可送到打印绘图仪或通过标准接口与计算机相连。
频谱分析仪是对无线电信号进行测量的*手段,是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具。因此,应用十分广泛,被称为的射频万用表。
传统产品
传统的频谱分析仪的前端电路是一定带宽内可调谐的接收机,输入信号经变频器变频后由低通滤器输出,滤波输出作为垂直分量,频率作为水平分量,在示波器屏幕上绘出坐标图,就是输入信号的频谱图。由于变频器可以达到很宽的频率,例如30Hz-30GHz,与外部混频器配合,可扩展到100GHz以上,频谱分析仪是频率覆盖宽的测量仪器。无论测量连续信号或调制信号,频谱分析仪都是很理想的测量工具。但是,传统的频谱分析仪也有明显的缺点,它只能测量频率的幅度,缺少相位信息,因此属于标量仪器而不是矢量仪器。
频谱分析仪匹配因素
量测设备的输入阻抗有时无法匹配待测件连接线特性阻抗,根据电磁
理论,阻抗匹配时,输出功率且没有其它不良的,而阻抗不匹
配,将造成信号反射,影响系统频率的稳定与造成信号功率的损失。信号
在传输在线往返传送将产生驻波及噪声,进而影响接收端的信号质量与量
测值的准确性。量测设备输入阻抗与待测件组抗不匹配之缺点可规纳为:
A.信号反射,传输缆在线产生驻波。
B.噪声。
C.降低信号输出功率。
D.影响系统频率的稳定。
E.影响量测值之准确度。
问区
怎样设置才能获得频谱仪佳的灵敏度,以方便观测小信号?
首先根据被测小信号的大小设置相应的中心频率、扫宽(span)以及参考电平;然后在频谱分析仪没有出现过载提示的情况下逐步降低衰减值。
如果此时被测小信号的信噪比小于15db,就逐步减小rbw,rbw越小,频谱分析仪的底噪越低,灵敏度就越高。
如果频谱分析仪有预放,打开预放。预放开,可以提高频谱分析仪的噪声系数,从而提高了灵敏度。对于信噪比不高的小信号,可以减少vbw或者采用轨迹平均,平滑噪声,减小波动。
需要注意的是,频谱仪测量结果是外部输入信号和频谱分析仪内部噪声之和,要使测量结果准确,通常要求信噪比大于20db。
分辨率带宽(rbw)越小越好吗?
rbw越小,频谱分析仪灵敏度就越好,但是,扫描速度会变慢。好根据实际测试需求设rbw,在灵敏度和速度之间找到平衡点–既保证准确测量信号又可以得到快速的测量速度。
平均检波方式(averagetype)如何选择:power?logpower?voltage?
logpower对数功率平均:又称videoaveraging,这种平均方式具有低的底噪,适合于低电平连续波信号测试。
但对”类噪声“信号会有一定的误差,比如宽带调制信号w-cdma等。
功率平均:又称rms平均,这种平均方式适合于“类噪声”信号(如:cdma)总功率测量。
电压平均:这种平均方式适合于观测调幅信号或者脉冲调制信号的上升和下降时间测量。
扫描模式的选择:sweep还是fft?
现代频谱仪的扫描模式通常都具有sweep模式和fft模式。通常在比较窄的rbw设置时,fft比sweep更具有速度优势,但在较宽rbw的条件下,sweep模式更快。
当扫宽小于fft的分析带宽时,fft模式可以测量瞬态信号;在扫宽**出频谱分析仪的fft分析带宽时,如果采用fft扫描模式,工作方式是对信号进行分段处理,段与段之间在时间上存在不连续性,则可能在信号采样间隙时,丢失有用信号,频谱分析就会存在失真。
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