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頻譜分析是觀(guān)察和測(cè)量信號(hào)幅度和信號(hào)失真的一種快速方法,其顯示結(jié)果可以直觀(guān)反映出輸入信號(hào)的傅立葉變換的幅度。信號(hào)頻域分析的測(cè)量范圍極其寬廣,超過(guò)140dB,這使得頻譜分析儀成為適合現(xiàn)代通信和微波領(lǐng)域的多用途儀器。頻譜分析實(shí)質(zhì)上是考察給定信號(hào)源,天線(xiàn),或信號(hào)分配系統(tǒng)的幅度與頻率的關(guān)系,這種分析能給出有關(guān)信號(hào)的重要信息,如穩(wěn)定度,失真,幅度以及調(diào)制的類(lèi)型和質(zhì)量。利用這些信息,可以進(jìn)行電路或系統(tǒng)的調(diào)試,以提率或驗(yàn)證在所需要的信息發(fā)射和不需要的信號(hào)發(fā)射方面是否符合不斷涌現(xiàn)的各種規(guī)章條例。
現(xiàn)代頻譜分析儀已經(jīng)得到許多綜合利用,從研究開(kāi)發(fā)到生產(chǎn)制造,到現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)。新型頻譜分析儀已經(jīng)改名叫信號(hào)分析儀,已經(jīng)成為具有重要價(jià)值的實(shí)驗(yàn)室儀器,能夠快速觀(guān)察大的頻譜寬度,然后迅速移近放大來(lái)觀(guān)察信號(hào)細(xì)節(jié)已受到的高度重視。在制造領(lǐng)域,測(cè)量速度結(jié)合通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)存取數(shù)據(jù)的能力,可以快速,和重復(fù)地完成一些極其復(fù)雜的測(cè)量。
有兩種技術(shù)方法可完成信號(hào)頻域測(cè)量(統(tǒng)稱(chēng)為頻譜分析)。
1.FFT分析儀用數(shù)值計(jì)算的方法處理一定時(shí)間周期的信號(hào),可提供頻率;幅度和相位信息。這種儀器同樣能分析周期和非周期信號(hào)。FFT的特點(diǎn)是速度快;精度高,但其分析頻率帶寬受ADC采樣速率限制,適合分析窄帶寬信號(hào)。
2.掃頻式頻譜分析儀可分析穩(wěn)定和周期變化信號(hào),可提供信號(hào)幅度和頻率信息,適合于寬頻帶快速掃描測(cè)試。
FFT分析儀能夠完成多通道濾波器式同樣的功能,但無(wú)需使用許多帶通濾波器,它使用數(shù)字信號(hào)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)立濾波器相當(dāng)?shù)墓δ?。從概念上講,F(xiàn)FT方法是簡(jiǎn)單明確的:對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化,再計(jì)算頻譜。實(shí)際上,為了使測(cè)量具有意義,還需要考慮很多因素。
FFT的實(shí)質(zhì)是基帶變換,換句話(huà)說(shuō),F(xiàn)FT的頻率范圍總是從0Hz開(kāi)始并延伸到某個(gè)頻率處。這對(duì)需要分析較窄頻帶(不是從直流開(kāi)始)的測(cè)量情況可能是一個(gè)重大限制。例如,F(xiàn)FT分析儀具有取樣頻率,F(xiàn)FT的頻率范圍是0Hz到128KHz。若N=1024,則頻率分辨力將是,故不能分辨間隔小于250Hz的譜線(xiàn)。
提高頻率分辨力的一種方法是時(shí)間記錄中的取樣點(diǎn)數(shù)N,這也FFT輸出的節(jié)點(diǎn)數(shù)。不過(guò),問(wèn)題在于,這會(huì)增加FFT所要處理的數(shù)組長(zhǎng)度,從而增加計(jì)算時(shí)間。FFT算法的計(jì)算時(shí)間往往限制了儀器的性能(比如屏幕刷新速度),所以增加FFT的長(zhǎng)度往往是可取的。
另一種方法是使用數(shù)字下變頻器,對(duì)于帶限信號(hào),進(jìn)行數(shù)字下變頻,這樣等效降低了采樣速率,可以提高頻率分辨力。ADC的輸出與數(shù)字正弦波相乘,借助數(shù)字混頻使數(shù)字正弦波的頻率降低。

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-Time Spectrum Analyzer)與掃瞄調(diào)諧頻譜分析儀(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer)。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(PeriodicRandom Waves)的瞬間反應(yīng),其缺點(diǎn)是價(jià)昂且性能受限于頻寬范圍、濾波器的數(shù)目與的多任務(wù)交換時(shí)間(Switching Time)。
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(xiàn)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-Shaped Filter),影響的功能就是量測(cè)時(shí)常見(jiàn)到的解析頻寬(RBW,Resolution Bandwidth)。RBW 代表兩個(gè)不同頻率的信號(hào)能夠被清楚的分辨出來(lái)的頻寬差異,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(Noise Floor),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,Video Bandwidth)代表單一信號(hào)顯示在屏幕所需的頻寬。如前所說(shuō)明,量測(cè)信號(hào)時(shí),視頻頻寬過(guò)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(wú)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(wú)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(xiàn)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(guò)去量測(cè)的經(jīng)驗(yàn)加以調(diào)整。

產(chǎn)品型號(hào):FSU8
產(chǎn)品:R&S 羅德與施瓦茨
產(chǎn)品名稱(chēng):頻譜分析儀
FSU8|R&S|8G|頻譜分析儀|羅德與施瓦茨|20Hz至8GHz
FSU8詳細(xì)說(shuō)明:
R&S 羅德與施瓦茨FSU 系列頻譜分析儀
FSU3 20 Hz to3.6 GHz
FSU8 20 Hz to 8GHz
FSU26 20 Hz to26.5 GHz
FSU46 20 Hz to46 GHz
FSU50 20 Hz to50 GHz
FSU67 20 Hz to67GHz
R&S FSU8系列頻譜儀是動(dòng)態(tài)范圍、相位噪聲、電平精度和分辨率帶寬等頻譜儀指標(biāo)的,所有這些指標(biāo)也是用戶(hù)設(shè)計(jì)、測(cè)量和生產(chǎn)下一代無(wú)線(xiàn)通訊元件的重要**。
FSU8頻率范圍:從20Hz開(kāi)始,分別到3.6 GHz, 8 GHz, 26.5 GHz, 46 GHz和50 GHz
FSU8顯示平均本地噪聲:-158 dBm(歸一化到1 Hz)
FSU8相位噪聲:-123 dBc (1 Hz) 在10 kHz偏移處
FSU8三階互調(diào)截?cái)帱c(diǎn)(TOI):典型值+25 dBm
FSU8分辨率帶寬:1 Hz 到50 MHz
FSU8極高的測(cè)量速度支持時(shí)域模式的快速鄰信道功率(ACP)測(cè)量每秒能進(jìn)行70次測(cè)量(包括通過(guò)GPIB總線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間)
無(wú)可匹敵的測(cè)量功能標(biāo)準(zhǔn)配置即可提供TOI, MC ACP(R), OBW,CCDF, APD等測(cè)量功能選件可以支持:- GSM / EDGE -Bluetooth? - WCDMA / HSDPA / TD-SCDMA - CDMA2000? / 1xEV-DV /1xEV-DO

頻譜分析儀使用
圖示測(cè)試儀
什么是頻譜分析儀在頻域內(nèi)分析信號(hào)的圖示測(cè)試儀。以圖形方式顯示信號(hào)幅度按頻率的分布,即X軸表示頻率,Y軸表示信號(hào)幅度。
原理
用窄帶帶通濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行選通。
主要功能
顯示被測(cè)信號(hào)的頻譜、幅度、頻率??梢匀帮@示,也可以選定帶寬測(cè)試。
測(cè)量機(jī)制
1.把被測(cè)信號(hào)與儀器內(nèi)的基準(zhǔn)頻率、基準(zhǔn)電平進(jìn)行對(duì)比。因?yàn)樵S多測(cè)量的本質(zhì)都是電平測(cè)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(guò)107選件和相應(yīng)的分析軟件,對(duì)電視的行波形進(jìn)行分析,從而測(cè)試視頻指標(biāo)。如DG、DP、CLDI、調(diào)制深度、頻偏等。
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