• 頻譜分析儀的種類(lèi)與應用
• 頻譜分析儀的性能指標與操作要點(diǎn)
•  頻譜分析儀的使用方法
• 頻譜分析儀的實(shí)用技巧
• 頻譜分析儀常見(jiàn)問(wèn)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的操作要點(diǎn)：

 

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(guò)減小RBW來(lái)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、衰減器設值、視頻濾波器和本振有關(guān)。其中頻譜儀內部混頻器及各級放大器會(huì )產(chǎn)生噪聲，通過(guò)檢波器會(huì )反映為顯示白噪聲電平(DANL)。而頻譜儀噪聲會(huì )影響被測信號功率測試：頻譜儀顯示信號=輸入信號+內部噪聲。衰減器設值大，噪聲電平高。噪聲電平隨RBW按10㏒規律變化。測試中可通過(guò)減小RBW；VBW，衰減器設值和前置放大來(lái)提高分析靈敏度

 

掃頻式頻率分析儀分析內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(xiàn)性失真變化規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- 衰減器設值，為減小頻譜分析儀內部失真，混頻器應工作在盡量低電平，應加大衰減器設值。衰減器設值小時(shí)，頻譜儀內部失真大、噪聲電平低；衰減器設值大時(shí)，頻譜儀內部失真小、噪聲電平高。

 

掃頻式頻率分析儀衰減器設置在靈敏度指標和內部失真指標間折。通過(guò)改變衰減器設置可判斷頻譜分析儀測試結果的真實(shí)性。

 

掃頻式頻譜儀測量功率結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A(yíng)CPR及通道功率指標測試

RMS檢波方式：適合于對類(lèi)噪聲信號（CDMA）總功率測量

 

其中Averaging Detectors功率測量顯示由多個(gè)包絡(luò )電平值的平均得到，Averaging Detectors可減少顯示信號的抖動(dòng)，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(shí)間測量；功率平均適合于信號平均功率測量。

 

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

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定。這包括了對衰減器、頻率范圍與解析度頻寬的設置。頻譜分析儀的設定包括頻率范圍、解析度和動(dòng)態(tài)范圍，動(dòng)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(guò)線(xiàn)性工作區域便會(huì )出現誤差。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。

參數頻率范圍要從兩個(gè)方面觀(guān)察，一是頻率范圍的設定是否夠窄，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。當用頻譜分析儀測量一個(gè)放大器諧波失真的時(shí)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(jìn)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設定。解析度表示當要測量?jì)蓚€(gè)頻率的功率不一樣時(shí)，必須將它們區分開(kāi)來(lái)。將中頻頻寬設置成三種不同的寬度，下面所對應的就是在這一頻寬設置時(shí)所看到的曲線(xiàn)。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注意什么問(wèn)題呢？以下是對頻譜分析儀注意要點(diǎn)的經(jīng)驗歸納。

頻譜分析儀實(shí)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(shí)，需要對頻譜分析儀進(jìn)行校準，以保證信號測量精度；另外，通過(guò)校準信號的測量，可以檢查頻譜分析儀是否有問(wèn)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(jìn)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(huì )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(shí)，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。特別是在某些系統中，射頻信號和直流信號用同一根電纜傳輸，此時(shí)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。例如在很多衛星通信系統，低噪聲放大器的直流加電線(xiàn)和射頻信號傳輸采用同一根電纜，測量這樣射頻信號時(shí)，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(shí)，特別是測量信號接近頻譜分析儀本底噪聲時(shí)，應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) 合理設置頻譜分析儀參數：在測試射頻信號時(shí)，合理設置頻譜分析儀的分辨帶寬、掃頻帶寬、視頻帶寬和掃描時(shí)間等，確保頻譜分析儀CRT不出現測量不準的信號提示。當頻譜分析儀CRT出現測量不準信息，此時(shí)測量無(wú)法保證測量精度。 

在頻譜分析儀的實(shí)際操作中往往會(huì )產(chǎn)生一些疑問(wèn)，在這里附上頻譜分析儀的常見(jiàn)問(wèn)題解答。

 

 

答：測得的上升時(shí)間一般不會(huì )超過(guò)頻譜分析儀的最佳上升時(shí)間。分析儀的上升時(shí)間由下面這個(gè)公式來(lái)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(shí)間為：

0.66/8 E6 = 82.5 nS。

 

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

 

參見(jiàn)具體頻譜分析儀的技術(shù)資料或規范指南。

 

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

 

方法1：使用頻譜分析儀內置的跟蹤信號源。如果要測量反射系數，則還需要一個(gè)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(guò)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帶來(lái)的的影響。這就意味著(zhù)，一般來(lái)講，和頻譜分析儀方法相比較，網(wǎng)絡(luò )分析儀可以進(jìn)行更準確的測量。

 

答：過(guò)度激勵分析儀的輸入混頻器可能會(huì )導致雜散信號。大多數頻譜分析儀（尤其是使用諧波混頻擴展調諧范圍的分析儀）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合時(shí)，創(chuàng )建內部失真。為多種混頻器輸入電平規定第2個(gè)和第3個(gè)失真產(chǎn)品。針對不同的頻譜分析儀，可參閱校準指南或規范指南中的動(dòng)態(tài)范圍曲線(xiàn)。無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍取決于混頻器中的輸入電平。

深入了解動(dòng)態(tài)范圍圖表非常重要，但簡(jiǎn)單測試可以確定顯示的雜散信號是否是一個(gè)內部生成的混合產(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(gè)混頻器間的唯一一個(gè)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(méi)有改變，那么雜散信號就屬于外部信號。而如果標記值改變，信號就是內部信號或者是內外部信號的總和。繼續增加衰減，直到標記值不再改變，再開(kāi)始測量。這一點(diǎn)就是優(yōu)化第一個(gè)混頻器輸入電平的最佳值，因為此時(shí)所做的測量?jì)炔渴д孀畹?。一般?lái)說(shuō)，需要測量的動(dòng)態(tài)范圍越廣，第一個(gè)混頻器的輸入電平就應該越低。

屏幕圖像下端的黃色跡線(xiàn)表示在輸入混頻器被過(guò)度激勵時(shí)的內部失真。衰減為零。藍色跡線(xiàn)表示當衰減設置為10dB時(shí)，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。具體測量步驟為：

 

1）把信號發(fā)生器和頻譜分析儀設置為所測噪聲系數的頻率，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(kāi)頻譜分析儀的任何輸入，把輸入衰減器設置為0dB。前置放大器輸入沒(méi)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(shí)，您會(huì )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(shí)分析儀顯示的噪聲級應增加。

 

5）.把頻譜分析儀視頻帶寬（VBW）設置為分辨率帶寬的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的頻率上。讀以dBm/Hz為單位的標記噪聲功率密度讀數，把它標為Noise(O)。

 

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

 

 

答：RBW是您能隔離兩個(gè)信號，并還能看到它們的最小帶寬。RBW也會(huì )影響KTB噪聲系數功率，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(gè)低通濾波器。為過(guò)濾噪聲，視頻帶寬通常設置得較窄，但又不過(guò)窄，因為這會(huì )減慢掃描時(shí)間。

 

在特定情況下視頻帶寬可設置得較寬。一個(gè)例子是不需要，或不要求平均。另一個(gè)例子是在零跨距時(shí)測量AM。為測量AM，視頻帶寬需要足夠寬。