频谱分析仪测量技术与基础

发布时间:2013-08-01

一.频谱分析仪的工作原理:

1.频谱分析仪是电子工程师工作台上或高校实验室内的常用工具,频谱分析仪依信号处理方式的不同,一般有两种类型;实时频谱分析仪(Real-Time Spectrum Analyzer)与扫瞄调谐频谱分析仪(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer)。实时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅,其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器(Detector),再经由同步的多任务扫瞄器将信号传送到CRT屏幕上,其优点是能显示周期性杂散波(Periodic Random Waves)的瞬间反应,其缺点是价昂且性能受限于频宽范围、滤波器的数目与大的多任务交换时间(Switching Time)。

2.老式的频谱仪为纯电路结构,早期的产品采用与示波器一样的示波管进行显示,通过快速扫描的接收机来形成频谱图。这类频谱仪基本没有自动测量功能,测量信号幅度靠人工对照示波管刻度进行数数,功能单一,只具有频谱仪基本的频率扫描和幅度显示功能,且精度很低。目前在主流应用中已基本淘汰。现代的数字化频谱仪除了射频信号处理单元,其余部分基本都数字化了。很多附加的专项测量功能,如TETRA信号测量、GSM信号测量,都能以软件开通形式添加,显示屏改为彩色液晶显示,并且进一步缩减了频谱仪的体积和重量,扫描速度进一步提高,背景噪声和相位噪声也得到了进一步控制,频谱仪的性能提高到一个新的水平,这更有利于对微小信号的测量。
传统的频谱仪一贯比较笨重,比同年代的示波器重得多。很多大型台式频谱仪两个人都很难抬得动,即便是后期的HP8563E(CRT管型)之类,属于便携型的频谱仪,也有20kg重。随着液晶屏替代CRT显像管,以及仪器内部线路的进一步集成化,频谱仪的重量也有所减轻,如E4403B,重量在15kg左右。新一代的手持频谱仪成为现场检测中轻便灵巧的工具,新的N9340B装上电池的重量只有3.5kg左右,Rohde&Schwarz的FSH3仅重2.5kg。

3.标志频谱分析仪性能和特性的主要指标有工作频率范围、分辨率带宽、频率扫宽、动态范围、扫描速度、端口阻抗、平均噪声电平、相位噪声、幅度精度。

4.频谱分析仪的工作频率范围是指频谱仪高工作频率和低工作频率,标志着频谱仪可以显示频谱的大范围。在射频应用中,用户往往更关心频谱仪的高工作频率,这使其成为用户关心频谱仪性能的指标。

二.频谱分析仪常见问题:

问题1.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。

问题2.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,频谱分析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。

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