新闻  |   论坛  |   博客  |   在线研讨会
简述频谱分析仪
guoxingaoke | 2018-01-31 16:16:10    阅读:65   发布文章

谱分析仪是研讨电信号频谱结构的,用于信号失真度、调原则、谱纯度、频率安稳度和交调失真等信号参数的测量,可用以测量扩展器和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、、、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。现代频谱分析仪能以仿照办法或数字办法闪现分析效果,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。仪器内部若选用数字电路和,具有存储和运算功用;配备标准接口,就简略构成自动检验系统。

    频谱分析仪是对无线电信号进行测量的必备办法,是从事电子产品研发、出产、查验的常用东西。因此,运用十分广泛,被称为工程师的射频万用表。 
1、传统频谱分析仪 
传统的频谱分析仪的前端电路是必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。因为变频器可以抵达很宽的频率,例如30Hz-30GHz,与外部混频器协作,可扩展到100GHz以上,频谱分析仪是频率掩盖最宽的测量仪器之一。不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东西。但是,传统的频谱分析仪也有明显的缺点,它只能测量频率的崎岖,缺少相位信息,因此归于标量仪器而不是矢量仪器。 
2、现代频谱分析仪 
  依据快速傅里叶转换(FFT)的现代频谱分析仪,通过傅里叶运算将被测信号分解成分立的频率分量,抵达与传统频谱分析仪相同的效果,。这种新式的频谱分析仪选用数字办法直接由仿照/数字转换器(ADC)对输入信号取样,再经FFT处理后获得频谱分布图。  
  在这种频谱分析仪中,为获得杰出的仪器线性度和高分辩率,对信号进行数据收集时 ADC的取样率最少等于输入信号最高频率的两倍,亦即频率上限是100MHz的实时频谱分析仪需求ADC有200MS/S的取样率。 
  现在半导体工艺水平可制成分辩率8位和取样率4GS/S的ADC或许分辩率12位和取样率800MS/S的ADC,亦即,原理上仪器可抵达2GHz的带宽,为了扩展频率上限,可在ADC前端增加下变频器,本振选用数字调谐振荡器。这种混合式的频谱分析仪可扩展到几GHz以下的频段运用。 
  FFT的功用用取样点数和取样率来表征,例如用100KS/S的取样率对输入信号取样1024点,则最高输入频率是50KHz和分辩率是50Hz。假设取样点数为2048点,则分辩率前进到25Hz。由此可知,最高输人频率取决于取样率,分辩率取决于取样点数。FFT运算时间与取样,点数成对数联络,频谱分析仪需求高频率、高分辩率和高速运算时,要选用高速的FFT硬件,或许相应的数字信号处理器(DSP)芯片。例如,10MHz输入频率的1024点的运算时间80μs,而10KHz的1024点的运算时间变为64ms,1KHz的1024点的运算时间增加至640ms。当运算时间逾越200ms时,屏幕的反应变慢,不适于眼睛的查询,弥补办法是削减取样点数,使运算时间下降至200ms以下。 
3、用FFT核算信号频谱的算法 
离散付里叶转换X(k)可看成是z转换在单位圆上的等间隔采样值 
相同,X(k)也可看作是序列付氏转换X(ejω)的采样,采样间隔为ωN=2π/N 
由此看出,离散付里叶转换本质上是其频谱的离散频域采样,对频率具有选择性(ωk=2πk/N),在这些点上反映了信号的频谱。 
依据采样规矩,一个频带有限的信号,可以对它进行时域采样而不丢掉任何信息,FFT转换则说明关于时间有限的信号(有限长序列),也可以对其进行频域采样,而不丢掉任何信息。所以只需时间序列满意长,采样满意密,频域采样也就可较好地反映信号的频谱趋势,所以FFT可以用以进行连续信号的频谱分析 


频谱分析仪系统首要的功用是在频域里闪现输入信号的频谱特性,频谱分析仪依信号处理办法的不同,一般有两种类型,即时频谱分析仪(Real-Time Spectrum Analyzer)与扫描调谐频谱分析仪(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer).即时频率分析仪的功用为在同一瞬间闪现频域的信号振幅,其作业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),再经由同步的多工扫描器将信号传送到CRT萤幕上,其利益是能闪现周期性杂散波(Periodic Random Waves)的瞬间反应,其缺点是价昂且功用受限於频宽规划,滤波器的数目与最大的多工交流时间(Switching Time),最常用的频谱是扫描调谐频谱分析仪,其底子结构类似超外差式接收器,作业原理是输入信号经衰减器直接外加到器,可调变的本地振荡器经与CRT同步的扫描发作器发作随作线性改动的振荡频率,经混波器与输入信号混波降频后的中频信号(IF)再扩展,滤波与检波传送到CRT的垂直方向板,因此在CRT的纵轴闪现信号振幅与频率的对应联络。影响信号反应的重要部份为滤波器频宽,滤波器之特性为高斯(Gaussian-Shaped Filter),影响的功用就是量测时常见到的解析频宽(,ResolutionBandwidth)。RBW代表两个不同频率的信号可以被清楚的分辩出来的最低频宽差异,两个不同频率的信号频宽如低於频谱分析仪的RBW,此时该两信号将堆叠,难以分辩,较低的RBW当然有助於不同频率信号的分辩与量测,低的RBW将滤除较高频率的信号成份,导致闪现时发作失真,失真值与设定的RBW密切相关,较高的RBW当然有助於宽频带信号的侦测,将增加杂讯底层值(Noise Floor),下降量测灵敏度,对於侦测低强度的信号易发作阻挠,因此恰当的RBW是正确运用频谱分析仪重要的概念。

频谱分析仪分为扫频式和实时分析式两类。 
扫频式频谱分析仪它是具有闪现装置的扫频超外差接收机,首要用于连续信号和信号的频谱分析。它作业于声频直至亚的波频段,只闪现信号的崎岖而不闪现的相位。它的作业原理是:本地振荡器选用扫频振荡器,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转换,所发作的中频信号通过窄带滤波器后再经扩展和检波,加到视频扩展器作示波管的垂直偏转,使屏幕上的垂直闪现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作器所发作的锯齿电压控制,锯齿波电压一起还用作示波管的水平扫描,然后使上的水平闪现正比于频率。 

实时式频谱分析仪  在存在被测信号的有限时间内提取信号的全部频谱信息进行分析并闪现其效果的仪器首要用于分析继续时间很短的非重复性平稳随机进程和暂态进程,也能分析40兆赫以下的低频和极低频连续信号,能闪现崎岖和相位。傅里叶分析仪是实时式频谱分析仪,其底子作业原理是把被分析的仿照经模数转换成数字信号后,加到数字滤波器进行分析;由控制的正交型数字本地振荡器发作按正弦律改动和按余弦律改动的数字本振,也加到与被测信号作分析。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相一起就有输出,经积分处理后得出分析效果供示波管闪现频谱图形。正交型本振用正弦和余弦信号得到的分析效果是复数,可以换算成崎岖和相位。分析效果也可送到打印绘图仪或通过标准接口与核算机相连。

频谱分析仪架构犹如时域用途的,上布建许多功用控制按键,作为系统功用之调整与,系统首要的功用是在里闪现输入信号的频谱特性。频谱分析仪依信号处理办法的不同,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用为在同一瞬间闪现频域的信号,其作业原理是针对不同的频率信号而有相对应的与检知器(Detector),再经由同步的多任务扫瞄器将信号传送到CRT 屏幕上,其利益是能闪现性杂散波(PeriodicRandom Waves)的瞬间反应,其缺点是价昂且功用受限于频宽规划、滤波器的数目与最大的多任务交流时间(Switching Time)。

频谱分析仪的首要技能方针有频率规划、、分析谱宽、分析时间、扫频、灵敏度、闪现办法和假照应。 
频率规划频谱分析仪进行正常作业的频率区间。现代频谱仪的频率规划能从低于1赫直至300吉赫。 
分辩力频谱分析仪在上可以区别最邻近的两条谱线之间间隔的才干,是频谱分析仪最重要的技能方针。分辩力与滤波器型式、、带宽、本振安稳度、和边带噪声等因素有关,扫频式频谱分析仪的分辩力还与扫描有关。分辩越窄越好。现代在高频段分辩力为10~100赫。 
分析谱宽:又称频率跨度。频谱分析仪在一次测量分析中能闪现的频率规划,可等于或小于仪器的频率规划,一般是可调的。 
分析时间结束一次频谱分析所需的时间,它与分析谱宽和分辩力有密切联络。关于实时式频谱分析仪,分析时间不能小于其最窄分辩带宽的。 
扫频速度分析谱宽与分析时间之比,也就是扫频的本振频率改动。 
灵敏度:频谱分析仪闪现微小的才干,受频谱仪内部的束缚,一般要求灵敏度越高越好。动态规划指在闪现器上可一起观测的最强信号与最弱信号之比。现代频谱分析仪的动态规划可达80分贝。 
闪现办法频谱分析仪闪现的崎岖与输入信号崎岖之间的联络。一般有线性闪现、平方律闪现和对数闪现三种办法。 
假照应闪现器上呈现不该有的谱线。这对超外差系统是不可避免的,应设法抑止到最小,现代频谱分析仪可做到小于-90毫瓦。

在量测高频信号时,外差式的频谱分析仪混波今后的中频因扩展之故,能得到较高的灵敏度,且改动中频滤波器的频带宽度,能简略地改动频率的,但因为超外差式的频谱分析仪是在频带内扫瞄之故,因此,除非使扫瞄时间趋近于零,无法得到输入信号的实时(Real Time)反应,故欲得到与实时分析仪的功用相同的超外差式频谱分析仪,其扫瞄速度要十分之快,若用比中频滤波器之时间常数小的扫瞄来扫瞄的话,则无法得到信号正确的振幅,因此欲前进频谱分析仪之频率分辩率,且要能得到准确之照应,要有恰当的扫瞄速度。若用比中频滤波器之时间常数小的扫描时间来扫描的话,则无法得到信号的正确振幅。因此,欲前进频谱分析仪之频率分辩率,且要得到准确之照应,要有恰当的度。由以上之叙说,可以得知超外差式频谱分析仪无法分析瞬时(TransientSignal)或信号(Impulse Signal)的频谱,而其首要运用则在检验周期性的信号及其它杂散信号(Random Signal)的频谱。频谱分析仪系统内部及面板闪现的特性,一般本地振荡器输出信号的频率均高于中频信号的频率,输出信号的频率可被调整在谐波之频率,亦即?IN=nLO±?I F n=1, 2, 3.......(2)由式(2)得知,频谱分析仪的信号量测规划,无形中己被拓宽,低于或高于本地振荡器或其它谐波频率的输入信号,均能被混波发作中频。延伸输入信号频率的混波原理,其间纵轴代表输入信号(?IN),横轴代表本地振荡频率(?LO),正负整数代表公式(2)中频扩展器对应的正负号。由式(2)得知,频谱分析仪的信号量测规划,无形中己被拓宽,低于或高于本地振荡器或其它谐波的输入信号,均能被混波发作中频。延伸输入信号频率的混波原理 所示,其间纵轴代表输入信号(?IN),横轴代表本地振荡(?LO),图中的正负整数代表公式(2)中频对应的正负号。

一、什么是频谱分析仪在频域内分析信号的检验仪。以图形办法闪现信号崎岖按频率的分布,即X轴标明频率,Y轴标明信号崎岖。
二、原理:用对信号进行选通。
三、首要功用:闪现被测信号的频谱、崎岖、频率。可以全景闪现,也可以选定带宽检验。
四、测量机制:
1、 把被测信号与仪器内的基准频率、基准电平进行对比。因为许多测量的本质都是电平检验,如载波、A/V、频响、C/N、CSO、CTB、HM、CM以及数字频道平均功率等。
2、波形分析:通过107选件和相应的分析软件,对电视的行波形进行分析,然后检验视频方针。如DG、DP、CLDI、调制深度、频偏等。

五、操作:
(一) 硬键、软键和旋钮:这是仪器的底子操作办法。
1、三个大硬键和一个大旋钮:大旋钮的功用由三个大硬键设定。按一下频率硬键,则旋钮可以微调闪现的中心频率;按一下扫描宽度硬键,则旋钮可以调度仪器扫描的频率宽度;按一下崎岖硬键,则旋钮可以调度信号崎岖。旋动旋钮时,中心频率、扫描宽度(开端、停止频率)、和崎岖的dB数一起闪现在屏幕上。
2、软键:在屏幕右边,有一排纵向摆放的没有标志的按键,它的功用随项目而变,在屏幕的右侧对应于按键处闪现什么,它就是什么按键。
3、其它硬键:情况(INSTRUMNT STATE)控制区有十个硬键:RESET清零、CANFIG配备、CAL校准、AUX CTRL辅佐控制、COPY打印、MODE形式、SAVE存储、RECALL调用、MEAS/USER测量/用户自定义、SGL SWP信号扫描。光标(MARKER)区有四个硬键:MKR光标、MKR 光标移动、RKR FCTN光标功用、PEAK SEARCH峰值查找。控制(CONTRL)区有六个硬键:SWEEP扫描、BW带宽、TRIG触发、AUTO COVPLE自动耦合、TRACE跟踪、DISPLAY闪现。在数字键区有一个BKSP回退,数字键区的右边是一纵排四个ENTER供认键,一起也是单位键。大旋钮上面的三个硬键是窗口键:ON翻开、NEXT下一屏、ZOOM缩放。大旋钮下面的两个带箭头的键STEP协作大旋钮运用作上调、下调。

(二)输入和输出接口:位于一起面板下边一排。TV IN测视频方针的信号输进口;VOL INTEN是表里一套旋钮控制、调度内置喇叭的音量和屏幕亮度;CAL OUT仪器自检信号输出;300Mhz 29dBmv仪器标准信号输出口;PROBE PWR仪器探针电源;IN 75Ω1M—1.8G检验信号总输进口。

(三) 检验:
1、束缚性保护:规矩最高输入射频和构成永久性损坏的最高电压值:直流25V,交流峰峰值100V。
2、预热:检验须等到OVER COLD消失。
3、自校:运用三个月,或重要测量前,要进行自校。
4、系统测量配备:配备是测量之前把测量的一些参数输入进去,省去每次测量都进行一次参数输入。内容:检验项目、输入办法(频率仍是频道)、闪现单位、制式、测量带宽和取样点、测CTB、CSO的频率点、检验行选通等。配备进程:按MODE键——CABLE TV ANALYZER软键——Setup软键,进入设置情况。细节为tune config调谐配备:包含、频道、制式、单位。Analyzer input输入配备:是否加前置扩展器。Beats setup拍频设置、测CTB、CSO的频点(频率偏移CTB offset、CSO FRQ offset)。GATING YES NO是否选通检验行。C/N setup载噪比设置:频点(频率偏移C/N FRQ offset)、带宽。


参与讨论
登录后参与讨论
推荐文章
最近访客