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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(shù):1149
   頻域測(cè)量與時(shí)域測(cè)量示波器在時(shí)域測(cè)得近似方波的信號(hào),經(jīng)過傅里葉變換被分解為基波和高達(dá)11次奇次諧波。當(dāng)用頻譜分析儀從頻域觀察時(shí)。能夠識(shí)別出所有頻率組成。時(shí)域和頻域是從不同角度對(duì)同一個(gè)信號(hào)的描述。
  頻譜分析儀的工作原理就像一個(gè)寬帶接收機(jī),寬帶范圍從幾十kHz或幾十MHz開始。接收機(jī)的功能是將輸入信號(hào)的頻率轉(zhuǎn)換為檢測(cè)回路能處理的頻段。寬帶接收機(jī)包括一個(gè)混頻器、一個(gè)本機(jī)振蕩器(LO)和一個(gè)帶通濾波器。本機(jī)振蕩器產(chǎn)生一個(gè)混頻振蕩信號(hào)?;祛l器將輸入信號(hào)與本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)混合在一起,總信號(hào)就包括兩種信號(hào)的和與差,兩信號(hào)之差稱為中頻(IF),它是檢測(cè)回路使用的部分信號(hào)。帶通濾波器濾掉信號(hào)中不需要的成分,然后將僅留下的IF傳到檢測(cè)和顯示單元。
  頻譜分析儀本質(zhì)上是一個(gè)寬帶接收機(jī),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。
  1、衰減器
  將衰減器置于射頻輸入路徑,擴(kuò)寬了輸入信號(hào)電平的動(dòng)態(tài)范圍或?qū)︻l譜分析儀增添了更多的輸入保護(hù)。
  衰減器將來自混頻器(RF中部)的信號(hào)電平限制在一定范圍內(nèi),如果輸入信號(hào)超過參考電平,將會(huì)引起測(cè)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(hào)條件下列出儀器規(guī)格,包括混頻器中具體的信號(hào)電平。
  2、分辨率濾波器
  當(dāng)輸入信號(hào)頻率轉(zhuǎn)換為更低頻帶并濾入檢測(cè)和顯示單元時(shí),為了區(qū)分頻率接近的信號(hào),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(qū)分兩種信號(hào)?將兩個(gè)等幅信號(hào)通過兩種RBW濾波器濾波,其中RBW1的分辨率優(yōu)于RBW2,當(dāng)通過較窄RBW1濾波器時(shí),能清晰分辨出兩種信號(hào),但是通過較寬RBW2濾波器時(shí),結(jié)果就不如RBW1??梢灶A(yù)測(cè)到,如果RBW2的分辨率帶寬更寬,我們甚至?xí)⒔Y(jié)果誤認(rèn)為是一個(gè)信號(hào)。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)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(dāng)兩個(gè)信號(hào)的幅值差距很大,RBW1仍能夠檢測(cè)到較小信號(hào),但是RBW2卻不能,如下圖所示,所以這些濾波器又稱為分辨率濾波器。
  3、檢波器
  RBW濾波之后,檢波器能夠檢測(cè)能量并將其轉(zhuǎn)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)濾波器稱為視頻濾波器,它的帶寬稱為VBW。
  視頻濾波器也作為后置濾波器,VBW會(huì)對(duì)顯示輸出產(chǎn)生影響。如果待測(cè)信號(hào)通過兩個(gè)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,底噪電平并沒有改變,VBW濾波器僅平均噪聲電平,并不影響信號(hào)底噪的總體幅值。
  5、掃描時(shí)間
  上述內(nèi)容介紹了頻譜分析儀的基本結(jié)構(gòu),而且對(duì)RBW和VBW也作了詳細(xì)解釋。一般來說,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(hào)的時(shí)間就會(huì)變長(zhǎng)。這就意味著RBW和VBW越窄,掃描時(shí)間越長(zhǎng)。對(duì)于RBW/VBW掃描時(shí)間,絕大多數(shù)頻譜儀都具有自動(dòng)和手動(dòng)選擇模式。自動(dòng)模式權(quán)衡了頻寬、RBW、VBW和掃描時(shí)間,通常能獲取結(jié)合。
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