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• 頻譜分析儀的種類與應(yīng)用
• 頻譜分析儀的性能指標與操作要點
•  頻譜分析儀的使用方法
• 頻譜分析儀的實用技巧
• 頻譜分析儀常見問題Q/A

以下是掃頻式頻率分析儀基本性能指標的影響因素及相應(yīng)的操作要點：

 

掃頻式頻率分析儀分析頻率范圍由本振范圍決定；

 

掃頻式頻率分析儀頻率分辨率與中頻率濾波器和本振有關(guān)；

測試中可通過減小RBW來提高頻率分析分辨率

 

掃頻式頻率分析儀分析靈敏度與中頻率濾波器、衰減器設(shè)值、視頻濾波器和本振有關(guān)。其中頻譜儀內(nèi)部混頻器及各級放大器會產(chǎn)生噪聲，通過檢波器會反映為顯示白噪聲電平(DANL)。而頻譜儀噪聲會影響被測信號功率測試：頻譜儀顯示信號=輸入信號+內(nèi)部噪聲。衰減器設(shè)值大，噪聲電平高。噪聲電平隨RBW按10㏒規(guī)律變化。測試中可通過減小RBW；VBW，衰減器設(shè)值和前置放大來提高分析靈敏度

 

掃頻式頻率分析儀分析內(nèi)部失真與混頻器工作電平，中頻放大器性能有關(guān)。各階非線性失真變化規(guī)律為高階失真信號幅度比基波信號變化速度快。由于混頻器工作電平= 輸入信號電平- 衰減器設(shè)值，為減小頻譜分析儀內(nèi)部失真，混頻器應(yīng)工作在盡量低電平，應(yīng)加大衰減器設(shè)值。衰減器設(shè)值小時，頻譜儀內(nèi)部失真大、噪聲電平低；衰減器設(shè)值大時，頻譜儀內(nèi)部失真小、噪聲電平高。

 

掃頻式頻率分析儀衰減器設(shè)置在靈敏度指標和內(nèi)部失真指標間折。通過改變衰減器設(shè)置可判斷頻譜分析儀測試結(jié)果的真實性。

 

掃頻式頻譜儀測量功率結(jié)果與其檢波方式和平均方式有關(guān)。頻譜儀檢波方式有Peak、Negative Peak、Sample、Averaging Detectors。

 

Peak檢波方式： 適合CW 信號及信號搜索測試

Sample檢波方式：適合于噪聲信號測試

Neg Peak檢波方式：適合于小信號測試

Averaging Detectors：適合于ACPR及通道功率指標測試

RMS檢波方式：適合于對類噪聲信號（CDMA）總功率測量

 

其中Averaging Detectors功率測量顯示由多個包絡(luò)電平值的平均得到，Averaging Detectors可減少顯示信號的抖動，掃描速度越高，平均效果越明顯。

 

平均方式包括Log,、Lin、Power。Log平均（窄VBW、trace平均）適合于低電平CW信號測試；電壓平均適合于脈沖信號上升下降時間測量；功率平均適合于信號平均功率測量。

 

根據(jù)頻譜分析儀的各項性能指標，可對模擬調(diào)制信號和數(shù)字調(diào)制信號進行分析。下面是頻譜分析儀的相關(guān)使用指導(dǎo)。

頻譜分析儀的使用

 

對于測量的可測與不可測與否，完全取決于頻譜分析儀的設(shè)定。這包括了對衰減器、頻率范圍與解析度頻寬的設(shè)置。頻譜分析儀的設(shè)定包括頻率范圍、解析度和動態(tài)范圍，動態(tài)范圍又涉及最大輸入功率即燒毀功率，增益壓縮使小于1W的輸入信號一旦超過線性工作區(qū)域便會出現(xiàn)誤差。此外靈敏度也是考慮頻譜分析儀對輸入信號可測與否的關(guān)鍵。

參數(shù)頻率范圍要從兩個方面觀察，一是頻率范圍的設(shè)定是否夠窄，以具有足夠的頻率分辨能力，也就是夠窄的掃頻寬度。二是頻率范圍是否有足夠的寬度，是否可以測到第二次、第三次諧波。當(dāng)用頻譜分析儀測量一個放大器諧波失真的時候，若放大器為1GHz，則它的三次諧波就是3GHz，這就是要考慮頻率范圍的最大可測寬度。如果頻譜儀是1.8GHz，就不能進行量測，如果頻譜分析儀是 26.5GHz，就可以測到它的第三，第四次諧波。

解析度也是頻譜分析儀中非常重要的參數(shù)設(shè)定。解析度表示當(dāng)要測量兩個頻率的功率不一樣時，必須將它們區(qū)分開來。將中頻頻寬設(shè)置成三種不同的寬度，下面所對應(yīng)的就是在這一頻寬設(shè)置時所看到的曲線。中頻頻寬越窄則解析度越高，中頻頻寬越寬則解析度越低。解析度頻寬直接影響到微小信號的識別能力和測量的結(jié)果。

 

關(guān)于頻譜分析儀使用的詳細介紹請查看：
 

 

在頻譜分析儀的使用中應(yīng)注意什么問題呢？以下是對頻譜分析儀注意要點的經(jīng)驗歸納。

頻譜分析儀實用技巧

1) 頻譜分析儀的校準：頻譜分析儀一般都有固定幅度和頻率的校準器，使用頻譜分析儀測量信號特別絕對信號電平測量時，需要對頻譜分析儀進行校準，以保證信號測量精度；另外，通過校準信號的測量，可以檢查頻譜分析儀是否有問題。

 

2) 射頻輸入信號電平小于頻譜分析儀允許的安全電平：在頻譜分析儀輸入端接入射頻信號之間，一定要對輸入信號電平進行正確估算，避免頻譜分析儀射頻輸入大于頻譜分析儀允許的安全電平，否則將會燒毀頻譜分析儀輸入衰減器和混頻器。特別是在高功率信號測量中，要格外小心謹慎。例如用頻譜分析儀測量1W以上高功率放大器時，注意在頻譜分析儀輸入端接衰減器，以使頻譜分析儀的射頻輸入信號小于頻譜分析儀允許的安全電平。

 

3) 確定頻譜分析儀是否允許直流信號輸入：某些頻譜分析儀不允許直流信號輸入，因此注意測量信號是否包含直接成分。特別是在某些系統(tǒng)中，射頻信號和直流信號用同一根電纜傳輸，此時要特別小心，信號接入頻譜分析儀射頻輸入端口之前，一定在頻譜分析儀輸入端接隔直流器，以免損壞儀器。例如在很多衛(wèi)星通信系統(tǒng)，低噪聲放大器的直流加電線和射頻信號傳輸采用同一根電纜，測量這樣射頻信號時，特別注意在頻譜分析儀射頻輸入接隔直流器，保護頻譜分析儀的射頻輸入電路。

 

4) 低電平信號測量：頻譜分析儀的靈敏度是指在特定帶寬下，頻譜分析儀測量小信號的能力。因此，在測量低電平信號時，特別是測量信號接近頻譜分析儀本底噪聲時，應(yīng)減小頻譜分析儀的射頻衰減和分辨帶寬，提高頻譜分析儀的靈敏度，提高低電平信號的測量精度。另外減少視頻帶寬和采用視頻平均技術(shù)，雖然不影響頻譜分析儀的靈敏度，但可以改善小信號測量精度。

 

5) 合理設(shè)置頻譜分析儀參數(shù)：在測試射頻信號時，合理設(shè)置頻譜分析儀的分辨帶寬、掃頻帶寬、視頻帶寬和掃描時間等，確保頻譜分析儀CRT不出現(xiàn)測量不準的信號提示。當(dāng)頻譜分析儀CRT出現(xiàn)測量不準信息，此時測量無法保證測量精度。 

在頻譜分析儀的實際操作中往往會產(chǎn)生一些疑問，在這里附上頻譜分析儀的常見問題解答。

 

 

答：測得的上升時間一般不會超過頻譜分析儀的最佳上升時間。分析儀的上升時間由下面這個公式來確定：

Tr = 0.66/max RBW，

其中RBW為分辨率帶寬。

 

例如，在 PSA中，RBW最大值為8 MHz。因此，最快的上升時間為：

0.66/8 E6 = 82.5 nS。

 

然而，RBW過濾器帶寬誤差為± 15%，額定值（中心頻率= 3 GHz），因此上升時間范圍在71.7 nS到97 nS之間。

 

參見具體頻譜分析儀的技術(shù)資料或規(guī)范指南。

 

答：是的，有2種方法可將頻譜分析儀當(dāng)作網(wǎng)絡(luò)分析儀使用，但是都只能進行標量測量

 

方法1：使用頻譜分析儀內(nèi)置的跟蹤信號源。如果要測量反射系數(shù)，則還需要一個定向耦合器去采集反射功率。

 

方法2：使用獨立的源。如需要可配上耦合器。前提是頻譜儀的掃描速度要快過信號源的掃描速度。但這種方式通常不被推薦，因為它的準確性較低。

 

對于校準，可用到的方法是歸一化的方法。這種方法把接收機和源的頻率響應(yīng)移除。然而，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀采用更強大的誤差校準技術(shù)，還可以消除不匹配和交調(diào)帶來的的影響。這就意味著，一般來講，和頻譜分析儀方法相比較，網(wǎng)絡(luò)分析儀可以進行更準確的測量。

 

答：過度激勵分析儀的輸入混頻器可能會導(dǎo)致雜散信號。大多數(shù)頻譜分析儀（尤其是使用諧波混頻擴展調(diào)諧范圍的分析儀）都擁有二極管混頻器。將用于創(chuàng)建中頻信號的LO與該二極管混頻器中的輸入信號相結(jié)合時，創(chuàng)建內(nèi)部失真。為多種混頻器輸入電平規(guī)定第2個和第3個失真產(chǎn)品。針對不同的頻譜分析儀，可參閱校準指南或規(guī)范指南中的動態(tài)范圍曲線。無雜散動態(tài)范圍取決于混頻器中的輸入電平。

深入了解動態(tài)范圍圖表非常重要，但簡單測試可以確定顯示的雜散信號是否是一個內(nèi)部生成的混合產(chǎn)品還是輸入信號的一部分：修改輸入衰減。衰減器是射頻輸入和第一個混頻器間的唯一一個硬件。在雜散信號上做出標記并提高輸入衰減。如果標記值沒有改變，那么雜散信號就屬于外部信號。而如果標記值改變，信號就是內(nèi)部信號或者是內(nèi)外部信號的總和。繼續(xù)增加衰減，直到標記值不再改變，再開始測量。這一點就是優(yōu)化第一個混頻器輸入電平的最佳值，因為此時所做的測量內(nèi)部失真最低。一般來說，需要測量的動態(tài)范圍越廣，第一個混頻器的輸入電平就應(yīng)該越低。

屏幕圖像下端的黃色跡線表示在輸入混頻器被過度激勵時的內(nèi)部失真。衰減為零。藍色跡線表示當(dāng)衰減設(shè)置為10dB時，雜散信號所減少的電平。

 

 

 

答：只用頻譜分析儀和前置放大器，就能作許多噪聲系數(shù)測量。只需用頻譜分析儀、前置放大器和信號發(fā)生器，就能覆蓋被測器件的頻率。這種方法的精度低于需要經(jīng)校準噪聲源的Y因素技術(shù)，與所關(guān)注頻率的分析儀幅度精度相當(dāng)。具體測量步驟為：

 

1）把信號發(fā)生器和頻譜分析儀設(shè)置為所測噪聲系數(shù)的頻率，測量器件的增益。把該值標為Gain(D)。

 

2）同樣方法測量前置放大器增益。把該值標為Gain(P)。

 

3）.斷開頻譜分析儀的任何輸入，把輸入衰減器設(shè)置為0dB。前置放大器輸入沒有任何連接。把它的輸出接到頻譜分析儀輸入。在作這一連接時，您會看到分析儀顯示的平均噪聲級的增加。

 

4）.把被測器件的輸入接至其特性阻抗，把輸出接到前置放大器輸入。此時分析儀顯示的噪聲級應(yīng)增加。

 

5）.把頻譜分析儀視頻帶寬（VBW）設(shè)置為分辨率帶寬的1%或更低。按標記功能（MKR FCTN）鍵，然后按Noise Marker On軟鍵。把標記放置在所要測噪聲系數(shù)的頻率上。讀以dBm/Hz為單位的標記噪聲功率密度讀數(shù)，把它標為Noise(O)。

 

6）.然后計算被測器件的噪聲系數(shù)NFig：NFig = Noise(O) - Gain(D) - Gain(P) + 174 dBm/Hz

 

 

答：RBW是您能隔離兩個信號，并還能看到它們的最小帶寬。RBW也會影響KTB噪聲系數(shù)功率，因為RBW每改變10 倍，KTB功率改變10dB。

 

視頻帶寬濾波器噪聲。視頻帶寬用于平均，它等效一個低通濾波器。為過濾噪聲，視頻帶寬通常設(shè)置得較窄，但又不過窄，因為這會減慢掃描時間。

 

在特定情況下視頻帶寬可設(shè)置得較寬。一個例子是不需要，或不要求平均。另一個例子是在零跨距時測量AM。為測量AM，視頻帶寬需要足夠?qū)挕?/div>