頻譜分析儀的作原理

頻譜分析儀是研究電信號頻譜結(jié)構(gòu)的儀器，用于信號失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號參數(shù)的測量，可用以測量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù)，是種多用途的電子測量儀器。它又可稱為頻域示波器、跟蹤示波器、分析示波器、諧波分析器、頻率性分析儀或傅里葉分析儀等

作原理

頻譜分析儀的作原理

頻譜分析儀架構(gòu)猶如時(shí)域用途的示波器，面板上布建許控制按鍵，作為系統(tǒng)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)頻率分析儀的能為在同瞬間顯示頻域的信號振幅，其作原理是針對不同的頻率信號而有相對應(yīng)的濾波器與檢知器(Detector)，再經(jīng)由同步的多務(wù)掃瞄器將信號傳送到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、濾波頻譜分析儀器的數(shù)目與zui大的多務(wù)交換時(shí)間(Switching Time)。

zui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)間作線性變化的振蕩頻率，經(jīng)混波器與輸入信號混波降頻后的中頻信號(IF)再放大、濾波與檢波傳送到CRT 的垂直方向板，因此在CRT 的縱軸顯示信號振幅與頻率的對應(yīng)關(guān)系，信號程架構(gòu)如圖1.3 所示。

影響信號反應(yīng)的重要份為濾波器頻寬，濾波器之性為斯濾波器(Gaussian-Shaped Filter)，影響的能就是量測時(shí)常見到的解析頻寬(RBW，Resolution Bandwidth)。RBW 代表兩個不同頻率的信號能夠被清楚的分辨出來的zui低頻寬差異，兩個不同頻率的信號頻寬如低于頻譜分析儀的RBW，此時(shí)該兩信號將重疊，難以分辨，較低的RBW 固然有助于不同頻率信號的分辨與量測，低的RBW 將濾除較頻率的信號成份，導(dǎo)致信號顯示時(shí)產(chǎn)生失真，失真值與設(shè)定的RBW 密切相關(guān)，較的RBW 固然有助于寬帶帶信號的偵測，將增加噪聲底層值(Noise Floor)，降低量測靈敏度，對于偵測低強(qiáng)度的信號易產(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)代表單信號顯示在屏幕所需的zui低頻寬。如前所說明，量測信號時(shí)，視頻頻寬過與不及均非適宜，都將成量測的困擾，如何調(diào)整加以了解。通常RBW 的頻寬大于等于VBW，調(diào)整RBW 而信號振幅并無產(chǎn)生明顯的變化，此時(shí)之RBW 頻寬即可加以采用。量測RF 視頻載波時(shí)，信號經(jīng)設(shè)備內(nèi)的混波器降頻后再加以放大、濾波(RBW 決定)及檢波顯示等程，若掃描太快，RBW 濾波器將無法充電到信號的振幅峰值，因此維持足夠的掃描時(shí)間，而RBW 的寬度與掃描時(shí)間呈互動關(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)輸入信號的波形與振幅，但較低的RBW 將能區(qū)別不同頻率的信號。例如使用于6MHz 頻寬視訊頻道的量測，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6MHz的視頻信號通常選用300kHz 的RBW 以降低噪聲。天線信號量測時(shí)，頻譜分析儀的展頻(Span)使用100MHz，獲得較寬廣的信號頻譜需求，RBW使用3MHz。這些的量測參數(shù)并非成不變，將會依現(xiàn)場狀況及過去量測的經(jīng)驗(yàn)加以調(diào)整。