頻譜分析儀是一種應(yīng)用廣泛的信號(hào)分析儀器。它可用來(lái)測(cè)量信號(hào)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(lái)測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)。它的主要特點(diǎn)是：能寬頻帶連續(xù)掃描，并將測(cè)得的信號(hào)在CRT屏上直觀地顯示出來(lái)。在整個(gè)頻段內(nèi)，電平顯示范圍大于70dB，在無(wú)線電電波測(cè)量中可以很方便地看出頻譜占用和信號(hào)活動(dòng)情況，所以在很多場(chǎng)合，頻譜儀正在替代場(chǎng)強(qiáng)儀成為電波測(cè)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(lái)很大的測(cè)量誤差。
現(xiàn)代頻譜儀多采用微機(jī)處理，顯示刻度可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換。在實(shí)際測(cè)量中要特別注意天線阻抗與測(cè)試系統(tǒng)的匹配問(wèn)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(duì)所用天線的天線系數(shù)重新校對(duì)。
在實(shí)際測(cè)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(hào)直接接到混頻器上，則阻抗特性變差，造成較大的失配誤差。
二、防止頻譜分析儀過(guò)載
一般測(cè)試接收機(jī)的輸入端都有帶有調(diào)諧式高放電路，以抑制帶外信號(hào)，提高靈敏度。而頻譜分析儀由于其寬帶連續(xù)快速掃描的特性，輸入端一般都直接接到第一混頻器上。當(dāng)信號(hào)電平較高時(shí)，混頻器工作在非線性變頻狀態(tài)，將產(chǎn)生高階互調(diào)和混頻增益壓縮，而且過(guò)高的電平（一般大于5dBm）將燒壞混頻器，故在使用中要合理地選擇射頻衰減器以確保線性工作狀態(tài)。
為使混頻器進(jìn)行線性變頻，中頻放大器進(jìn)行線性放大，使示波屏上出現(xiàn)的假響應(yīng)電平縮至最小，這就要求加在混頻器上的輸入信號(hào)功率越小越好；而為了擴(kuò)大測(cè)量電平的動(dòng)態(tài)范圍，則要求輸入功率越大越好。為此對(duì)輸入信號(hào)電平的選擇有如下三個(gè)規(guī)定：
（1）較佳輸入信號(hào)電平
在頻譜儀輸入混頻器上輸入信號(hào)時(shí)，使所產(chǎn)生的失真電平小于某個(gè)規(guī)定電平時(shí)的輸入信號(hào)電平叫較佳輸入電平。它隨混頻器的構(gòu)造不同而有所不同，通常頻譜儀的較佳輸入電平是-30dBm。用這樣的電平輸入時(shí)，規(guī)定頻譜儀產(chǎn)生的失真電平和假響應(yīng)電平小于-90dBm，即在-30dBm到-90dBm間出現(xiàn)的信號(hào)是真正的信號(hào)，這時(shí)，顯示器的動(dòng)態(tài)范圍有60dB。
（2）線性輸入信號(hào)電平
使輸入混頻器的特性保持線性的最大輸入信號(hào)電平叫線性輸入電平。所謂“線性”，是指允許輸入混頻器有1dB的增益壓縮。增益壓縮1dB,約產(chǎn)生12.2%的誤差。當(dāng)加到混頻器的信號(hào)電平在線性輸入電平范圍內(nèi)時(shí)，則增益壓壓縮小于1dB，這并不意味著在頻譜儀顯示器上不同生失真響應(yīng)和假響應(yīng)。只有當(dāng)輸入到混頻器的信號(hào)功率等于較佳輸入電平時(shí)，在示波屏上才不出現(xiàn)假響應(yīng)。通常，頻譜儀的線性輸入電平是-5dBm到-10dBm，視輸入混頻器的特性而定。
（3）最大輸入電平
頻譜儀輸入回的燒毀電平叫頻譜儀的最大輸入電平。它由輸入衰減器和混頻器的特性決定。輸入混頻器的燒毀電平的典型值是+10dBm，輸入衰減器的燒毀電平是+30dBm。
在實(shí)際測(cè)量中，為使測(cè)量不失真，或使假響應(yīng)電平減至最小，應(yīng)經(jīng)常使用較佳輸入電平。就輸入端是單個(gè)大信號(hào)而言。采用較佳輸入電平，將會(huì)得到較滿意的測(cè)量結(jié)果。但當(dāng)輸入端存在多個(gè)高電平信號(hào)時(shí)，即使這些信號(hào)可能在頻譜儀的工作頻帶外，終因輸入端沒(méi)有選擇性，這些信號(hào)功率的迭加很容易使混頻器過(guò)載產(chǎn)生高階交互調(diào)失真，從而產(chǎn)生假響應(yīng)，因此有必要對(duì)所測(cè)信號(hào)以外的信號(hào)功率加以衰減，可以的辦法是加一個(gè)跟蹤濾波器，即預(yù)選器，如美國(guó)HP公司和西德R/S公司都有為其頻譜儀配套的預(yù)選器。
有些頻譜分析儀沒(méi)有配套的預(yù)選器，但可根據(jù)測(cè)量頻段加固定的帶通濾波器。此時(shí)，用頻譜分析儀和跟蹤信號(hào)發(fā)生器對(duì)通帶內(nèi)波動(dòng)、插入損耗仔細(xì)進(jìn)行測(cè)量并一一記錄下來(lái)，在測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)時(shí)計(jì)入到天線校正系數(shù)去。如果連帶通濾波器也沒(méi)有，那么可按照所測(cè)頻段配置合適的高通濾波器。實(shí)踐證明，強(qiáng)電臺(tái)及電磁干擾大多集中在中、短波及調(diào)頻波段、VHF低端，在采用高通濾波器后，可把被測(cè)頻段以下的信號(hào)衰減40dB以上，這樣可大大減少互調(diào)、交調(diào)失真。
檢驗(yàn)混頻器是否工作在較佳狀態(tài)，可以采用射頻衰減器增加10dB，顯示減少10dB的方法驗(yàn)證。通常，-30~-35dBm為混頻器的較佳工作狀態(tài)，即頻譜儀的較佳輸入電平為-30~-35dBm。較佳輸入電平的擇定為以后進(jìn)一步的精確測(cè)量打下了良好基礎(chǔ)。
三、選擇合適的中頻帶寬
頻譜儀的中頻帶寬（又稱分辨率帶寬）很多，從1MHz到1kHz以下約有10檔左右。但由于頻譜儀的連續(xù)掃描特性，它的濾波器是高斯型的矩形系數(shù)較大，一般60dB：3dB帶寬為10:1。而測(cè)試接收機(jī)的中頻濾波器矩形系數(shù)較小，一般60dB:6dB帶寬為2:1（一般測(cè)試接收機(jī)為雙調(diào)諧回路，且B3=0.8B6）。頻譜儀的噪聲系數(shù)較大，典型值為19dB，因此在頻帶寬相同的情況下，頻譜儀的噪聲電平比測(cè)試接收機(jī)高。
了解這些不同后，就可以根據(jù)實(shí)測(cè)情況及所測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)，選擇合適的中頻帶寬。如果要測(cè)量間隔25KHz的兩相鄰信號(hào)，若它們的電平相差不大，則用10KHz的中頻帶寬就可以區(qū)分兩信號(hào)。如果電平相差較大，則必須用3kHz或1kHz的中頻帶寬才能區(qū)分兩信號(hào)。在選擇中頻帶寬時(shí)，還應(yīng)注意掃描時(shí)間，太快會(huì)使濾波器來(lái)不及響應(yīng)，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)。有些頻譜儀有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，特別是現(xiàn)代較先進(jìn)的它可將掃描時(shí)間自動(dòng)調(diào)節(jié)到與掃描頻寬、中頻帶寬相適應(yīng)。若是手動(dòng)調(diào)節(jié)的，應(yīng)注意一旦中頻帶寬改變，掃描時(shí)間也要相應(yīng)地變化，以保證準(zhǔn)確測(cè)量。
如果要測(cè)量較弱信號(hào)，就要減小中頻帶寬，使頻譜儀的噪聲電平低于被測(cè)信號(hào)。頻譜儀一般給出最小中頻帶寬以下的平均噪聲電平，中檔頻譜儀的典型值為-115dBm。為保證測(cè)量結(jié)果有效，應(yīng)使信噪比優(yōu)于6dB，故它可測(cè)量的最小電平為-109dBm即-2dBμV。實(shí)際上可測(cè)的最小電平還受到頻譜儀雜散響應(yīng)指標(biāo)的影響，而且當(dāng)被測(cè)信號(hào)小于1μV時(shí)，通過(guò)機(jī)殼、電源線等引入干擾會(huì)使測(cè)量結(jié)果不可靠。
四、怎樣保證測(cè)量精度
測(cè)試接收機(jī)都裝有標(biāo)準(zhǔn)脈沖振蕩器，以便在測(cè)量狀態(tài)，如頻率、衰減器、中頻帶寬改變時(shí)隨時(shí)可進(jìn)行校準(zhǔn)。其測(cè)量精度主要由標(biāo)準(zhǔn)振蕩器的準(zhǔn)確度及輸入失配誤差來(lái)決定，一般為±2dB。
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由于頻譜儀是一種比較貴重的綜合性儀器，一般每臺(tái)價(jià)格都在二十萬(wàn)元以上，一旦損壞，相應(yīng)的維修費(fèi)用比較高，且維修周期比較長(zhǎng)，因此使用時(shí)應(yīng)格外小心 第一、對(duì)于頻譜儀來(lái)說(shuō)電源是非常重要的，在給頻譜儀加電之前，一定要確保電源接法正確，保證地線可靠接地。頻譜儀配置的是三芯電源線，開(kāi)機(jī)之前，必須將電源線插頭插入標(biāo)準(zhǔn)的三相插座中，千萬(wàn)不要使用沒(méi)有保護(hù)地的電源線，以防止可能造成的人身傷害?！ 〉诙⒃趯?duì)信號(hào)進(jìn)行精確測(cè)量前，開(kāi)機(jī)后應(yīng)預(yù)熱三十分鐘，當(dāng)測(cè)試環(huán)境溫度改變3—5度時(shí)，頻譜儀應(yīng)重新進(jìn)行校準(zhǔn)?！ 〉谌?，任何頻譜儀在輸入端口都有一個(gè)允許輸入的最大安全功率，稱為最大輸入電平。如國(guó)產(chǎn)多功能頻譜分析儀AV4032要求連續(xù)波輸入信號(hào)的最大功率不能超過(guò)＋30dBmW(1W)，且不允許直流輸入。若輸入信號(hào)值超出了頻譜儀所允許的最大輸入電平值，則會(huì)造成儀器損壞。 對(duì)于不允許直流輸入的頻譜儀，若輸入信號(hào)中含有直流成份，則也會(huì)對(duì)頻譜儀造成損傷。記住這點(diǎn)非常重要，一般頻譜儀的最大輸入電平值通常在前面板靠近輸入連接口的地方標(biāo)出。如果頻譜儀不允許信號(hào)中含有直流電壓，當(dāng)測(cè)量帶有直流分量的信號(hào)時(shí)，應(yīng)外接一個(gè)恰當(dāng)數(shù)值的電容器用于隔直流。當(dāng)對(duì)所測(cè)信號(hào)的性質(zhì)不太了解時(shí)，我們可采用以下的辦法來(lái)保證頻譜儀的安全使用：如果有RF功率計(jì)，可以用它來(lái)先測(cè)一下信號(hào)電平，如果沒(méi)有功率計(jì)，則在信號(hào)電纜與頻譜儀的輸入端之間應(yīng)接上一個(gè)一定量值的外部衰減器，頻譜儀應(yīng)選擇最大的射頻衰減和可能的最大基準(zhǔn)電平，并且使用最寬的頻率掃寬(SPAN)，保證可能偏出屏幕的信號(hào)可以清晰看見(jiàn)?！ ∽⒁馐马?xiàng)： 1、注意靜電防護(hù),尤其是裸露在外的各個(gè)接口的靜電防護(hù)； 2、注意避免接口熱插拔:先接好接口,再加信號(hào);先斷開(kāi)信號(hào),再斷開(kāi)接口連接； 3、定期對(duì)儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。
儀器內(nèi)部計(jì)算機(jī)設(shè)有三個(gè)常用校準(zhǔn)程序：頻率校準(zhǔn)、幅度校準(zhǔn)和預(yù)選器（YTF）校準(zhǔn)?！ ∫?、頻率校準(zhǔn) 1、當(dāng)頻譜儀經(jīng)過(guò)振動(dòng)、運(yùn)輸、長(zhǎng)時(shí)間放置或大的環(huán)境溫度變化時(shí)，頻譜儀頻率調(diào)諧會(huì)發(fā)生變化，帶來(lái)頻率測(cè)量誤差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)測(cè)量信號(hào)左右晃動(dòng)的現(xiàn)象，通過(guò)頻率校準(zhǔn)可以排除該現(xiàn)象。校準(zhǔn)的過(guò)程主要是以300MHz信號(hào)為參考信號(hào)，對(duì)頻譜儀的掃描時(shí)間、中心頻率、跨度（掃寬）、YIG主線圈延遲、副線圈靈敏度、掃頻靈敏度進(jìn)行誤差校準(zhǔn)，使頻譜儀頻率調(diào)諧范圍正常?！ ?、校準(zhǔn)方法是：用頻率／幅度校準(zhǔn)電纜，將校準(zhǔn)信號(hào)（CALOUTPUT）接入頻譜儀的信號(hào)輸入端。按【CAL】〔CALFREQ〕，頻譜儀進(jìn)入頻率校準(zhǔn)程序。校準(zhǔn)結(jié)束后，屏幕上出現(xiàn)“CALDONE”信息，按〔CALSTORE〕鍵將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在儀器的E2PROM中。 二、幅度校準(zhǔn) 1、與頻率校準(zhǔn)一樣，當(dāng)頻譜儀測(cè)量幅度準(zhǔn)確度發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)幅度校準(zhǔn)程序可以使儀器滿足出廠指標(biāo)，過(guò)程主要是以300MHz信號(hào)為參考信號(hào)，對(duì)頻譜儀的整個(gè)通道幅度、分辨帶寬濾波器、對(duì)數(shù)放大器、以及輸入衰減器等幅度進(jìn)行誤差測(cè)量并校正?！ ?、校準(zhǔn)方法是：用頻率／幅度校準(zhǔn)電纜，將校準(zhǔn)信號(hào)（CALOUTPUT）接入頻譜儀的信號(hào)輸入端。按【CAL】〔CALAMP〕，頻譜儀進(jìn)入幅度校準(zhǔn)程序。校準(zhǔn)結(jié)束后，屏幕上出現(xiàn)“CALDONE”信息，按〔CALSTORE〕鍵將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在儀器的E2PROM中。 三、預(yù)選器（YTF）校準(zhǔn) 1、預(yù)選器的掃頻和跟蹤是頻譜儀諧波波段的關(guān)鍵。該機(jī)設(shè)計(jì)上采用了和第一本振相互獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)各波段分別校準(zhǔn)和驅(qū)動(dòng)。在頻譜儀快掃、慢掃、跨波段掃時(shí)，對(duì)第一振蕩器和預(yù)選器的磁滯、延遲進(jìn)行補(bǔ)償，大大地改善了YTF的跟蹤特性。如果頻譜儀在諧波波段上有5dB或更大的幅度誤差，往往是儀器放置時(shí)間較長(zhǎng)，環(huán)境溫度變化較大所造成的。預(yù)選跟蹤器不良會(huì)造成幅度測(cè)量誤差，甚至測(cè)不到信號(hào)，此時(shí)應(yīng)該進(jìn)行YTF校準(zhǔn)?！ ?、校準(zhǔn)方法是：用YTF校準(zhǔn)電纜，將100MHZ梳狀波（COMB）信號(hào)接到頻譜儀的RF輸入端。按【CAL】〔CALYTF〕，頻譜儀進(jìn)入YTF校準(zhǔn)程序。校準(zhǔn)結(jié)束后，屏幕上出現(xiàn)“CALDONE”信息，按〔CALSTORE〕鍵將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在儀器的E2PROM中。 3、如果在校準(zhǔn)期間退出或校準(zhǔn)不能完成出現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)，按〔CALFETCH〕取回校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。這時(shí)儀器將需要重新調(diào)整和修理。
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