頻譜分析儀常見問題匯總-Agitekservice

頻譜分析儀如何工作？
信號的頻譜分布實際上就是測量結(jié)果在頻域上的反映，頻域和時域的關(guān)系如圖1所示。示波器在時域測得近似方波的信號，經(jīng)過傅里葉變換被分解為基波和高達11次奇次諧波。當(dāng)用頻譜分析儀從頻域觀察時，能夠識別出所有頻率組成。以圖1為例，基波、3次諧波、5次諧波和11次諧波可以被區(qū)分出來。由此可以看出，時域和頻域是從不同角度對同一個信號的描述。
簡單介紹下頻譜分析儀的工作原理：以帶寬接收機開始，然后逐漸涉及頻譜分析儀的其他部分。在了解這些內(nèi)容和頻譜結(jié)構(gòu)的基本概念后，讀者應(yīng)該對rbw和vbw功能有所了解。
帶寬接收機
頻譜分析儀的工作原理就像一個帶寬接收機，帶寬范圍從幾十khz或幾十mhz開始。接收機的功能是將輸入信號的頻率轉(zhuǎn)換為檢測回路能處理的頻段，正如我們所知的外差法。圖2位帶寬接收機的基本結(jié)構(gòu)，包括一個混頻器、一個本機振蕩器（lo）和一個帶通濾波器。本機振蕩器產(chǎn)生一個混頻振蕩信號。混頻器將輸入信號與本機振蕩器產(chǎn)生的信號混合在一起，總信號就包括兩種信號的和與差。量信號之差成為中頻（if），它是檢測回路使用的部分信號。帶通濾波器濾掉信號中不需要的成分，然后將僅留下的if傳到檢測和顯示單元。頻譜分析儀本質(zhì)上是一個帶寬接收機，因此需要不只一次的頻率轉(zhuǎn)換。次數(shù)由頻率范圍、頻率分辨率和rbw濾波器決定。
衰減器
將衰減器置于射頻輸入路徑，擴寬了輸入信號準(zhǔn)位的動態(tài)范圍或?qū)︻l譜分析儀增添了更多的輸入保護。參考圖3，衰減器將來自混頻器（rf中部）的信號準(zhǔn)位限制在一定范圍內(nèi)，如果輸入信號超過參考準(zhǔn)位，將會引起測量誤差或偽噪聲，這就是為什么某些頻譜分析儀會在特定信號條件下列出儀器規(guī)格，包括混頻器中具體的信號準(zhǔn)位。
分辨率濾波器
當(dāng)輸入信號頻率轉(zhuǎn)換為更低頻帶并濾入檢測和顯示單元時，為了區(qū)別頻率接近的信號，會用到rbw（分辨率帶寬）濾波器，如圖4所示。
圖5，在不同分辨率帶寬下，rbw濾波器如何區(qū)分兩種信號。將兩個等幅信號通過兩種rbw濾波器濾波，其中rbw1的分辨率優(yōu)于rbw2。從結(jié)果可以看出，當(dāng)通過較窄rbw1濾波器時，能清晰分辨出兩種信號，但是通過較寬rbw2濾波器時，結(jié)果就不如rbw1。我們可以預(yù)測到，如果rbw2的分辨率帶寬更寬，我們甚至?xí)⒔Y(jié)果誤認為是一個信號。當(dāng)兩個信號的頻率十分接近時，這種情況機會發(fā)生。另一種情況是，當(dāng)兩個信號的幅值差距很大，rbw1仍能夠檢測到較小信號，但是rbw2卻不能，如圖6所示。所以這些濾波器又稱為分辨率濾波器。
檢波器
rbw濾波之后，檢波器能夠檢測能量并將其轉(zhuǎn)換成直流電壓。顯示單位利用該直流電壓描繪頻譜分布，如圖7所示。
視頻濾波器
在直流電壓進入顯示單元之前，需要將檢波器產(chǎn)生的噪聲壓縮，這個濾波器成為視頻濾波器，它的帶寬成為vbw，系統(tǒng)如圖8所示，視頻來自電視廣播系統(tǒng)。視頻濾波器也作為后置濾波器，圖9呈現(xiàn)出vbw對顯示輸出的影響。如果待測信號通過兩個vbw濾波器，其中vbw1小于vbw2，結(jié)果顯示vbw2的底噪要比vbw1大。換句話說，視頻濾波器將底噪平均了。但要注意的是，底噪準(zhǔn)位并沒有改變，vbw濾波器僅平均噪聲準(zhǔn)位，并不影響信號底噪的總體幅值。
掃描時間
上述內(nèi)容介紹了頻譜分析儀的基本機構(gòu)，而且對rbw和vbw也作了詳細解釋。一般來說，掃描時間與頻譜分析儀的頻率分辨率成反比。掃描時間越快，解析度越低（rbw、vbw越寬）；掃描時間越慢，解析度越高（rbw、vbw越窄）。因此如果選擇較窄的rbw或vbw，顯示信號的時間就會變長。這就意味著rbw和vbw越窄，掃描時間越長。對于rbw/vbw/掃描時間，絕大多數(shù)頻譜分析儀都具有自動和手動選擇模式。自動模式權(quán)衡了頻寬、rbw、vbw和掃描時間，通常能獲得結(jié)合。
問：在頻譜分析儀上am信號呈現(xiàn)什么波形？
圖10為am信號在頻域和時域的測量結(jié)果。在時域中，am調(diào)制指數(shù)由a和b的大小決定。但是用示波器很難精確測量調(diào)制指數(shù)和載波頻率。
在頻域中，很容易測量載波和調(diào)制信號的頻率。根據(jù)載波和邊帶信號的差值（delta）db以及標(biāo)記讀值，可以計算調(diào)制指數(shù)。
問：在頻率分析儀上fm信號呈現(xiàn)什么波形？
時域中的fm信號比am信號更復(fù)雜，如圖11所示。am信號是幅值調(diào)制，而fm信號是頻率調(diào)制。在fm信號中，頻率經(jīng)調(diào)制后以一定偏移量進行掃描，但是該偏移量卻在時域很難測量。然而頻譜分析儀卻能直接顯示出載波頻率、調(diào)制信號頻率、偏移量和帶寬。
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