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頻譜分析儀是研究電信號頻譜結(jié)構(gòu)的儀器,用于信號失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號參數(shù)的測量,可用以測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量儀器。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。現(xiàn)代頻譜分析儀能以模擬方式或數(shù)字方式顯示分析結(jié)果,能分析1赫以下的甚低頻到亞毫米波段的全部無線電頻段的電信號。儀器內(nèi)部若采用數(shù)字電路和微處理器,具有存儲和運(yùn)算功能;配置標(biāo)準(zhǔn)接口,就容易構(gòu)成自動測試系統(tǒng)。
頻譜分析系統(tǒng)主要的功能是在頻域里顯示輸入信號的頻譜特性。頻譜分析儀依信號處理方式的不同,一般有兩種類型;即時頻譜分析儀(Real-Time Spectrum Analyzer)與掃描調(diào)諧頻譜分析儀(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer).即時頻率分析儀的功能為在同一瞬間顯示頻域的信號振幅,其工作原理是針對不同的頻率信號而有相對應(yīng)的濾波器與檢知器(Detector),再經(jīng)由同步的多工掃描器將信號傳送到CRT或液晶等顯示儀器上進(jìn)行顯示,其優(yōu)點(diǎn)是能顯示周期性雜散波(Periodic Random Waves)的瞬間反應(yīng),其缺點(diǎn)是價昂且性能受限于頻寬范圍,濾波器的數(shù)目與的多工交換時間(Switching Time).常用的頻譜分析儀是掃描調(diào)諧頻譜分析儀,其基本結(jié)構(gòu)類似超外差式,工作原理是輸入信號經(jīng)衰減器直接外加到混波器,可調(diào)變的本地振蕩器經(jīng)與CRT同步的掃描產(chǎn)生器產(chǎn)生隨時間作線性變化的振蕩頻率,經(jīng)混波器與輸入信號混波降頻后的中頻信號(IF)再放大,濾波與檢波傳送到CRT的垂直方向板,因此在CRT的縱軸顯示信號振幅與頻率的對應(yīng)關(guān)系。較低的RBW固然有助於不同頻率信號的分辨與量測,低的RBW將濾除較高頻率的信號成份,導(dǎo)致信號顯示時產(chǎn)生失真,失真值與設(shè)定的RBW密切相關(guān),較高的RBW固然有助於寬頻帶信號的偵測,將增加雜訊底層值(Noise Floor),降低量測靈敏度,對於偵測低強(qiáng)度的信號易產(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。
一般維修者不使用,一是他的價格較高,二是操作較為復(fù)雜。需要配合信號發(fā)生器。但使用起來很方便的可以查找故障。

頻譜分析儀使用
圖示測試儀
什么是頻譜分析儀在頻域內(nèi)分析信號的圖示測試儀。以圖形方式顯示信號幅度按頻率的分布,即X軸表示頻率,Y軸表示信號幅度。
原理
用窄帶帶通濾波器對信號進(jìn)行選通。
主要功能
顯示被測信號的頻譜、幅度、頻率??梢匀帮@示,也可以選定帶寬測試。
測量機(jī)制
1.把被測信號與儀器內(nèi)的基準(zhǔn)頻率、基準(zhǔn)電平進(jìn)行對比。因?yàn)樵S多測量的本質(zhì)都是電平測試,如載波電平、A/V、頻響、C/N、CSO、CTB、HM、CM以及數(shù)字頻道平均功率等。
2.波形分析:通過107選件和相應(yīng)的分析軟件,對電視的行波形進(jìn)行分析,從而測試視頻指標(biāo)。如DG、DP、CLDI、調(diào)制深度、頻偏等。

基于快速傅里葉變換(FFT)的現(xiàn)代頻譜分析儀,通過傅里葉運(yùn)算將被測信號分解成分立的頻率分量,達(dá)到與傳統(tǒng)頻譜分析儀同樣的結(jié)果。這種新型的頻譜分析儀采用數(shù)字方法直接由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)對輸入信號取樣,再經(jīng)FFT處理后獲得頻譜分布圖。
在這種頻譜分析儀中,為獲得良好的儀器線性度和高分辨率,對信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時 ADC的取樣率少等于輸入信號頻率的兩倍,亦即頻率上限是100MHz的實(shí)時頻譜分析儀需要ADC有200MS/S的取樣率。
半導(dǎo)體工藝水平可制成分辨率8位和取樣率4GS/S的ADC或者分辨率12位和取樣率800MS/S的ADC,亦即,原理上儀器可達(dá)到2GHz的帶寬,為了擴(kuò)展頻率上限,可在ADC前端增加下變頻器,本振采用數(shù)字調(diào)諧振蕩器。這種混合式的頻譜分析儀可擴(kuò)展到幾GHz以下的頻段使用。
FFT的性能用取樣點(diǎn)數(shù)和取樣率來表征,例如用100KS/S的取樣率對輸入信號取樣1024點(diǎn),則輸入頻率是50KHz和分辨率是50Hz。如果取樣點(diǎn)數(shù)為2048點(diǎn),則分辨率提高到25Hz。由此可知,輸人頻率取決于取樣率,分辨率取決于取樣點(diǎn)數(shù)。FFT運(yùn)算時間與取樣,點(diǎn)數(shù)成對數(shù)關(guān)系,頻譜分析儀需要高頻率、高分辨率和高速運(yùn)算時,要選用高速的FFT硬件,或者相應(yīng)的數(shù)字信號處理器(DSP)芯片。例如,10MHz輸入頻率的1024點(diǎn)的運(yùn)算時間80μs,而10KHz的1024點(diǎn)的運(yùn)算時間變?yōu)閙s,1KHz的1024點(diǎn)的運(yùn)算時間增加至640ms。當(dāng)運(yùn)算時間超過200ms時,屏幕的反應(yīng)變慢,不適于眼睛的觀察,補(bǔ)救辦法是減少取樣點(diǎn)數(shù),使運(yùn)算時間降低至200ms以下。

頻譜分析儀具有寬頻帶、高分辨率、高靈敏度、大動態(tài)范圍、高精度、低相噪、快速測量等特點(diǎn),采用了全數(shù)字中頻處理、全自動頻譜識別與實(shí)時校準(zhǔn)、寬帶微波毫米波集成等多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù),性能優(yōu)異,環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。由于采用了模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計思想,一方面使可生產(chǎn)性、可調(diào)試性、可維修性以及可靠性有較大幅度提高,另一方面增強(qiáng)了各個功能模塊的互換性,通過軟硬件功能模塊的組合,可形成系列化產(chǎn)品,并且便于后續(xù)功能升級和擴(kuò)展。
可對調(diào)制信號、諧波失真、三階交調(diào)、激勵響應(yīng)、脈沖射頻信號、相位噪聲等多種類型的信號進(jìn)行頻率、功率、帶寬、調(diào)制等參數(shù)測量分析??蓱?yīng)用于通信、、導(dǎo)航、頻譜管理、信號監(jiān)測、信息安全等測試領(lǐng)域,可用于電子元器件、部件和設(shè)備的科研、生產(chǎn)、測試、試驗(yàn)以及計量等。
頻譜分析儀全面采用正向設(shè)計,擁有完全自主產(chǎn)權(quán),多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)均屬國內(nèi)首創(chuàng),是41所推出的全新一代高性能微波毫米波頻譜分析儀,也是當(dāng)前國產(chǎn)較高性能的頻譜分析儀,綜合性能達(dá)到目前國際水平。
主要特點(diǎn):
◆高性能
?載波1GHz頻偏1kHz時,-108dBc/Hz的典型相噪
?頻率計數(shù)分辨率可達(dá)0.001Hz
?可達(dá)-152dBm的典型顯示平均噪聲電平
?+7dBm的典型1dB增益壓縮
?+17dBm的典型TOI
?全數(shù)字中頻設(shè)計,減小了中頻誤差
◆靈活性
?可以使用數(shù)字分辨率帶寬濾波器的連續(xù)掃頻測量或使用FFT兩種方式進(jìn)行測量,可靈活優(yōu)化測量速度和靈敏度
?160檔數(shù)字分辨率帶寬設(shè)置,可實(shí)現(xiàn)掃寬和分辨率帶寬的**組合,優(yōu)化測量結(jié)果
?2dB步進(jìn)衰減器,優(yōu)化失真測量動態(tài)范圍
?提供中頻、視頻、掃描、觸發(fā)等多種輸出接口,方便用戶后續(xù)分析
?采用嵌入式計算機(jī)及多任務(wù)操作系統(tǒng),方便對測量結(jié)果的存儲、打印及數(shù)據(jù)共享
?支持GPIB、USB、LAN、串口等功能接口,方便組建自動測試系統(tǒng)
?系列化產(chǎn)品、多種選件配置方式,可滿足不同用戶的需求
◆人機(jī)界面
?中、英文雙語操作界面,內(nèi)嵌使用說明和聯(lián)機(jī)幫助信息
?8.4英寸高亮度、高分辨率液晶顯示器,170度視角
◆適應(yīng)性
?采用自動校準(zhǔn)技術(shù),環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)
?電源能夠自動適應(yīng)110V/220V兩種電網(wǎng)體系
極低的顯示平均噪聲電平
集成化微波部件設(shè)計以及數(shù)字中頻技術(shù)的應(yīng)用,使4036擁有強(qiáng)大的測試微弱信號的能力。
■-152dBm的典型平均噪聲電平,1GHz。選通前置放大器優(yōu)于-160dBm。
■-155dBm的典型平均噪聲電平,5GHz。
■-134dBm的典型平均噪聲電平,40GHz。
大動態(tài)范圍
全新的電路設(shè)計,采用三階截獲點(diǎn)(TOI)高的器件,優(yōu)異的顯示平均噪聲電平,小2dB步進(jìn)的衰減器設(shè)置,內(nèi)置可選低噪聲前置放大器,160檔的分辨率帶寬精細(xì)設(shè)置(10%步進(jìn)),保證4036具有業(yè)內(nèi)寬可用動態(tài)范圍進(jìn)行精細(xì)調(diào)諧測量。
■2dB步進(jìn)衰減器,優(yōu)化失真測量動態(tài)范圍
■+17dBm的典型TOI
優(yōu)異的相位噪聲
采用低相噪合成本振技術(shù),相位噪聲比以往403X系列改善了近10dB。
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