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頻譜分析儀是如何工作的?

更新時(shí)間:2022-10-11       點(diǎn)擊次數:1220
   頻域測量與時(shí)域測量示波器在時(shí)域測得近似方波的信號,經(jīng)過(guò)傅里葉變換被分解為基波和高達11次奇次諧波。當用頻譜分析儀從頻域觀(guān)察時(shí)。能夠識別出所有頻率組成。時(shí)域和頻域是從不同角度對同一個(gè)信號的描述。
  頻譜分析儀的工作原理就像一個(gè)寬帶接收機,寬帶范圍從幾十kHz或幾十MHz開(kāi)始。接收機的功能是將輸入信號的頻率轉換為檢測回路能處理的頻段。寬帶接收機包括一個(gè)混頻器、一個(gè)本機振蕩器(LO)和一個(gè)帶通濾波器。本機振蕩器產(chǎn)生一個(gè)混頻振蕩信號?;祛l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,兩信號之差稱(chēng)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(gè)寬帶接收機,因此需要不只一次的頻率轉換,次數由頻率范圍、頻率分辨率和RBW濾波器決定。
  1、衰減器
  將衰減器置于射頻輸入路徑,擴寬了輸入信號電平的動(dòng)態(tài)范圍或對頻譜分析儀增添了更多的輸入保護。
  衰減器將來(lái)自混頻器(RF中部)的信號電平限制在一定范圍內,如果輸入信號超過(guò)參考電平,將會(huì )引起測量誤差或偽噪聲。這就是為什么某些頻譜分析儀會(huì )在特定信號條件下列出儀器規格,包括混頻器中具體的信號電平。
  2、分辨率濾波器
  當輸入信號頻率轉換為更低頻帶并濾入檢測和顯示單元時(shí),為了區分頻率接近的信號,會(huì )用到RBW(分辨率帶寬)濾波器。
  在不同分辨率帶寬下,RBW濾波器如何區分兩種信號?將兩個(gè)等幅信號通過(guò)兩種RBW濾波器濾波,其中RBW1的分辨率優(yōu)于RBW2,當通過(guò)較窄RBW1濾波器時(shí),能清晰分辨出兩種信號,但是通過(guò)較寬RBW2濾波器時(shí),結果就不如RBW1??梢灶A測到,如果RBW2的分辨率帶寬更寬,我們甚至會(huì )將結果誤認為是一個(gè)信號。當兩個(gè)信號的頻率十分接近時(shí),這種情況就會(huì )發(fā)生。另一種情況是,當兩個(gè)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,如下圖所示,所以這些濾波器又稱(chēng)為分辨率濾波器。
  3、檢波器
  RBW濾波之后,檢波器能夠檢測能量并將其轉換成直流電壓。顯示單元利用該直流電壓描繪頻譜分布。
  4、視頻濾波器
  在直流電壓進(jìn)入顯示單元之前,需要將檢波器產(chǎn)生的噪聲壓縮,這個(gè)濾波器稱(chēng)為視頻濾波器,它的帶寬稱(chēng)為VBW。
  視頻濾波器也作為后置濾波器,VBW會(huì )對顯示輸出產(chǎn)生影響。如果待測信號通過(guò)兩個(gè)VBW濾波器,其中VBW1小于VBW2,結果顯示VBW2的底噪要比VBW1大,換句話(huà)說(shuō),視頻濾波器將底噪平均了。但要注意的是,底噪電平并沒(méi)有改變,VBW濾波器僅平均噪聲電平,并不影響信號底噪的總體幅值。
  5、掃描時(shí)間
  上述內容介紹了頻譜分析儀的基本結構,而且對RBW和VBW也作了詳細解釋。一般來(lái)說(shuō),掃描時(shí)間與頻譜分析儀的頻率分辨率成反比。掃描時(shí)間越快,解析度越低(RBW、VBW越寬);掃描時(shí)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(shí)間就會(huì )變長(cháng)。這就意味著(zhù)RBW和VBW越窄,掃描時(shí)間越長(cháng)。對于RBW/VBW掃描時(shí)間,絕大多數頻譜儀都具有自動(dòng)和手動(dòng)選擇模式。自動(dòng)模式權衡了頻寬、RBW、VBW和掃描時(shí)間,通常能獲取結合。
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