頻譜分析儀是一種比較貴重的綜合性儀器,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),因此正確使用非常重要。
1、對(duì)于頻譜分析儀來說電源是非常重要的,在給頻譜分析儀加電之前,一定要確保電源接法正確,保證地線可靠接地。
頻譜分析儀配置的是三芯電源線,開機(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)不要使用沒有保護(hù)地的電源線,以防止可能造成的人身傷害。
2、在對(duì)信號(hào)進(jìn)行精確測(cè)量前,頻譜分析儀開機(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),頻譜分析儀應(yīng)重新進(jìn)行校準(zhǔn)。
3、任何頻譜分析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+30dBmW(1W),且不允許直流輸入。
若輸入信號(hào)值超出了頻譜分析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分析儀,若輸入信號(hào)中含有直流成份,則也會(huì)對(duì)頻譜分析儀造成損傷。
一般頻譜分析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。
如果頻譜分析儀不允許信號(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保證頻譜分析儀的安全使用:
如果有RF功率計(jì),可以用它來先測(cè)一下信號(hào)電平;
如果沒有功率計(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,頻譜分析儀應(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。
我們也可以使用示波器、電壓表等儀器來檢查DC及AC信號(hào)電平。
頻譜分析儀是研究電信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)的儀器,用于信號(hào)失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號(hào)參數(shù)的測(cè)量,可用以測(cè)量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù),是一種多用途的電子測(cè)量?jī)x器。它又可稱為頻域示波器、跟蹤示波器、分析示波器、諧波分析器、頻率特性分析儀或傅里葉分析儀等
頻譜分析儀的工作原理
頻譜分析儀架構(gòu)猶如時(shí)域用途的示波器,面板上布建許多功能控制按鍵,作為系統(tǒng)功能之調(diào)整與控制,實(shí)時(shí)頻譜分析儀(Real-TimeSpectrumAnalyzer)與掃瞄調(diào)諧頻譜分析儀(Sweep-TunedSpectrumAnalyzer)。實(shí)時(shí)頻率分析儀的功能為在同一瞬間顯示頻域的信號(hào)振幅,其工作原理是針對(duì)不同的頻率信號(hào)而有相對(duì)應(yīng)的濾波器與檢知器(Detector),再經(jīng)由同步的多任務(wù)掃瞄器將信號(hào)傳送到CRT屏幕上,其優(yōu)點(diǎn)是能顯示周期性雜散波(PeriodicRandomWaves)的瞬間反應(yīng),其缺點(diǎn)是價(jià)昂且性能受限于頻寬范圍、濾波頻譜分析儀器的數(shù)目與最大的多任務(wù)交換時(shí)間(SwitchingTime)。
經(jīng)常用的頻譜分析儀是掃瞄調(diào)諧頻譜分析儀,可調(diào)變的本地振蕩器經(jīng)與CRT同步的掃瞄產(chǎn)生器產(chǎn)生隨時(shí)間作線性變化的振蕩頻率,經(jīng)混波器與輸入信號(hào)混波降頻后的中頻信號(hào)(IF)再放大、濾波與檢波傳送到CRT的垂直方向板,因此在CRT的縱軸顯示信號(hào)振幅與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系,信號(hào)流程架構(gòu)如圖1.3所示。
影響信號(hào)反應(yīng)的重要部份為濾波器頻寬,濾波器之特性為高斯濾波器(Gaussian-ShapedFilter),影響的功能就是量測(cè)時(shí)常見到的解析頻寬(RBW,ResolutionBandwidth)。RBW代表兩個(gè)不同頻率的信號(hào)能夠被清楚的分辨出來的最低頻寬差異,兩個(gè)不同頻率的信號(hào)頻寬如低于頻譜分析儀的RBW,此時(shí)該兩信號(hào)將重疊,難以分辨,較低的RBW固然有助于不同頻率信號(hào)的分辨與量測(cè),低的RBW將濾除較高頻率的信號(hào)成份,導(dǎo)致信號(hào)顯示時(shí)產(chǎn)生失真,失真值與設(shè)定的RBW密切相關(guān),較高的RBW固然有助于寬帶帶信號(hào)的偵測(cè),將增加噪聲底層值(NoiseFloor),降低量測(cè)靈敏度,對(duì)于偵測(cè)低強(qiáng)度的信號(hào)易產(chǎn)生阻礙,因此適當(dāng)?shù)腞BW寬度是正確使用頻譜分析儀重要的概念。
另外的視頻頻寬(VBW,VideoBandwidth)代表單一信號(hào)顯示在屏幕所需的最低頻寬。如前所說明,量測(cè)信號(hào)時(shí),視頻頻寬過與不及均非適宜,都將造成量測(cè)的困擾,如何調(diào)整必須加以了解。通常RBW的頻寬大于等于VBW,調(diào)整RBW而信號(hào)振幅并無產(chǎn)生明顯的變化,此時(shí)之RBW頻寬即可加以采用。量測(cè)RF視頻載波時(shí),信號(hào)經(jīng)設(shè)備內(nèi)部的混波器降頻后再加以放大、濾波(RBW決定)及檢波顯示等流程,若掃描太快,RBW濾波器將無法完全充電到信號(hào)的振幅峰值,因此必須維持足夠的掃描時(shí)間,而RBW的寬度與掃描時(shí)間呈互動(dòng)關(guān)系,RBW較大,掃描時(shí)間也較快,反之亦然,RBW適當(dāng)寬度的選擇因而顯現(xiàn)其重要性。較寬的RBW較能充分地反應(yīng)輸入信號(hào)的波形與振幅,但較低的RBW將能區(qū)別不同頻率的信號(hào)。例如使用于6MHz頻寬視訊頻道的量測(cè),經(jīng)驗(yàn)得知,RBW為300kHz與3MHz時(shí),載波振幅峰值并不產(chǎn)生顯著變化,量測(cè)6MHz的視頻信號(hào)通常選用300kHz的RBW以降低噪聲。天線信號(hào)量測(cè)時(shí),頻譜分析儀的展頻(Span)使用100MHz,獲得較寬廣的信號(hào)頻譜需求,RBW使用3MHz。這些的量測(cè)參數(shù)并非一成不變,將會(huì)依現(xiàn)場(chǎng)狀況及過去量測(cè)的經(jīng)驗(yàn)加以調(diào)整。
頻譜分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)有頻率范圍、分辨率、分析譜寬、分析時(shí)間、掃頻速度、靈敏度、顯示方式和假響應(yīng)。
頻率范圍
頻譜分析儀進(jìn)行正常工作的頻率區(qū)間?,F(xiàn)代頻譜儀的頻率范圍能從低于1赫直至300吉赫。
分辨力
頻譜分析儀在顯示器上能夠區(qū)分最鄰近的兩條譜線之間頻率間隔的能力,是頻譜分析儀比較重要的技術(shù)指標(biāo)。
分辨力與濾波器型式、波形因數(shù)、帶寬、本振穩(wěn)定度、剩余調(diào)頻和邊帶噪聲等因素有關(guān),掃頻式頻譜分析儀的分辨力還與掃描速度有關(guān)。分辨帶寬越窄越好。現(xiàn)代頻譜儀在高頻段分辨力為10~100赫。
分析譜寬
又稱頻率跨度。頻譜分析儀在一次測(cè)量分析中能顯示的頻率范圍,可等于或小于儀器的頻率范圍,通常是可調(diào)的。
分析時(shí)間
完成一次頻譜分析所需的時(shí)間,它與分析譜寬和分辨力有密切關(guān)系。對(duì)于實(shí)時(shí)式頻譜分析儀,分析時(shí)間不能小于其最窄分辨帶寬的倒數(shù)。
掃頻速度:分析譜寬與分析時(shí)間之比,也就是掃頻的本振頻率變化速率。
靈敏度
頻譜分析儀顯示微弱信號(hào)的能力,受頻譜儀內(nèi)部噪聲的限制,通常要求靈敏度越高越好。動(dòng)態(tài)范圍指在顯示器上可同時(shí)觀測(cè)的信號(hào)與最弱信號(hào)之比?,F(xiàn)代頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)80分貝。
顯示方式
頻譜分析儀顯示的幅度與輸入信號(hào)幅度之間的關(guān)系。通常有線性顯示、平方律顯示和對(duì)數(shù)顯示三種方式。
假響應(yīng)
顯示器上出現(xiàn)不應(yīng)有的譜線。這對(duì)超外差系統(tǒng)是不可避免的,應(yīng)設(shè)法抑止到最小,現(xiàn)代頻譜分析儀可做到小于-90分貝毫瓦。