• 頻譜分析儀的種類與應(yīng)用
• 頻譜分析儀的性能指標(biāo)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(biāo)的影響因素及相應(yīng)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(cè)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(shè)值、視頻濾波器和本振有關(guān)。其中頻譜儀內(nèi)部混頻器及各級(jí)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(cè)信號(hào)功率測(cè)試：頻譜儀顯示信號(hào)=輸入信號(hào)+內(nèi)部噪聲。衰減器設(shè)值大，噪聲電平高。噪聲電平隨RBW按10㏒規(guī)律變化。測(cè)試中可通過(guò)減小RBW；VBW，衰減器設(shè)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(nèi)部失真與混頻器工作電平，中頻放大器性能有關(guān)。各階非線性失真變化規(guī)律為高階失真信號(hào)幅度比基波信號(hào)變化速度快。由于混頻器工作電平= 輸入信號(hào)電平- 衰減器設(shè)值，為減小頻譜分析儀內(nèi)部失真，混頻器應(yīng)工作在盡量低電平，應(yīng)加大衰減器設(shè)值。衰減器設(shè)值小時(shí)，頻譜儀內(nèi)部失真大、噪聲電平低；衰減器設(shè)值大時(shí)，頻譜儀內(nèi)部失真小、噪聲電平高。

 

掃頻式頻率分析儀衰減器設(shè)置在靈敏度指標(biāo)和內(nèi)部失真指標(biāo)間折。通過(guò)改變衰減器設(shè)置可判斷頻譜分析儀測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性。

 

掃頻式頻譜儀測(cè)量功率結(jié)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(hào)及信號(hào)搜索測(cè)試

Sample檢波方式：適合于噪聲信號(hào)測(cè)試

Neg Peak檢波方式：適合于小信號(hào)測(cè)試

Averaging Detectors：適合于ACPR及通道功率指標(biāo)測(cè)試

RMS檢波方式：適合于對(duì)類噪聲信號(hào)（CDMA）總功率測(cè)量

 

其中Averaging Detectors功率測(cè)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(hào)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(hào)測(cè)試；電壓平均適合于脈沖信號(hào)上升下降時(shí)間測(cè)量；功率平均適合于信號(hào)平均功率測(cè)量。

 

根據(jù)頻譜分析儀的各項(xiàng)性能指標(biāo)，可對(duì)模擬調(diào)制信號(hào)和數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行分析。下面是頻譜分析儀的相關(guān)使用指導(dǎo)。

頻譜分析儀的使用

 

對(duì)于測(cè)量的可測(cè)與不可測(cè)與否，完全取決于頻譜分析儀的設(shè)定。這包括了對(duì)衰減器、頻率范圍與解析度頻寬的設(shè)置。頻譜分析儀的設(shè)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(hào)一旦超過(guò)線性工作區(qū)域便會(huì)出現(xiàn)誤差。此外靈敏度也是考慮頻譜分析儀對(duì)輸入信號(hào)可測(cè)與否的關(guān)鍵。

參數(shù)頻率范圍要從兩個(gè)方面觀察，一是頻率范圍的設(shè)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(cè)到第二次、第三次諧波。當(dāng)用頻譜分析儀測(cè)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(cè)寬度。如果頻譜儀是1.8GHz，就不能進(jìn)行量測(cè)，如果頻譜分析儀是 26.5GHz，就可以測(cè)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(shù)設(shè)定。解析度表示當(dāng)要測(cè)量?jī)蓚€(gè)頻率的功率不一樣時(shí)，必須將它們區(qū)分開(kāi)來(lái)。將中頻頻寬設(shè)置成三種不同的寬度，下面所對(duì)應(yīng)的就是在這一頻寬設(shè)置時(shí)所看到的曲線。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(hào)的識(shí)別能力和測(cè)量的結(jié)果。

 

關(guān)于頻譜分析儀使用的詳細(xì)介紹請(qǐng)查看：
 

 

在頻譜分析儀的使用中應(yīng)注意什么問(wèn)題呢？以下是對(duì)頻譜分析儀注意要點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)歸納。

頻譜分析儀實(shí)用技巧

1) 頻譜分析儀的校準(zhǔn)：頻譜分析儀一般都有固定幅度和頻率的校準(zhǔn)器，使用頻譜分析儀測(cè)量信號(hào)特別絕對(duì)信號(hào)電平測(cè)量時(shí)，需要對(duì)頻譜分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)，以保證信號(hào)測(cè)量精度；另外，通過(guò)校準(zhǔn)信號(hào)的測(cè)量，可以檢查頻譜分析儀是否有問(wèn)題。

 

2) 射頻輸入信號(hào)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(hào)之間，一定要對(duì)輸入信號(hào)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(hào)測(cè)量中，要格外小心謹(jǐn)慎。例如用頻譜分析儀測(cè)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(hào)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(hào)輸入：某些頻譜分析儀不允許直流信號(hào)輸入，因此注意測(cè)量信號(hào)是否包含直接成分。特別是在某些系統(tǒng)中，射頻信號(hào)和直流信號(hào)用同一根電纜傳輸，此時(shí)要特別小心，信號(hào)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(wèi)星通信系統(tǒng)，低噪聲放大器的直流加電線和射頻信號(hào)傳輸采用同一根電纜，測(cè)量這樣射頻信號(hào)時(shí)，特別注意在頻譜分析儀射頻輸入接隔直流器，保護(hù)頻譜分析儀的射頻輸入電路。

 

4) 低電平信號(hào)測(cè)量：頻譜分析儀的靈敏度是指在特定帶寬下，頻譜分析儀測(cè)量小信號(hào)的能力。因此，在測(cè)量低電平信號(hào)時(shí)，特別是測(cè)量信號(hào)接近頻譜分析儀本底噪聲時(shí)，應(yīng)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(hào)的測(cè)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(hào)測(cè)量精度。

 

5) 合理設(shè)置頻譜分析儀參數(shù)：在測(cè)試射頻信號(hào)時(shí)，合理設(shè)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(xiàn)測(cè)量不準(zhǔn)的信號(hào)提示。當(dāng)頻譜分析儀CRT出現(xiàn)測(cè)量不準(zhǔn)信息，此時(shí)測(cè)量無(wú)法保證測(cè)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(cè)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(guī)范指南。

 

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

 

方法1：使用頻譜分析儀內(nèi)置的跟蹤信號(hào)源。如果要測(cè)量反射系數(shù)，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(dú)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(hào)源的掃描速度。但這種方式通常不被推薦，因?yàn)樗臏?zhǔn)確性較低。

 

對(duì)于校準(zhǔn)，可用到的方法是歸一化的方法。這種方法把接收機(jī)和源的頻率響應(yīng)移除。然而，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀采用更強(qiáng)大的誤差校準(zhǔn)技術(shù)，還可以消除不匹配和交調(diào)帶來(lái)的的影響。這就意味著，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(zhǔn)確的測(cè)量。

 

答：過(guò)度激勵(lì)分析儀的輸入混頻器可能會(huì)導(dǎo)致雜散信號(hào)。大多數(shù)頻譜分析儀（尤其是使用諧波混頻擴(kuò)展調(diào)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(hào)的LO與該二極管混頻器中的輸入信號(hào)相結(jié)合時(shí)，創(chuàng)建內(nèi)部失真。為多種混頻器輸入電平規(guī)定第2個(gè)和第3個(gè)失真產(chǎn)品。針對(duì)不同的頻譜分析儀，可參閱校準(zhǔn)指南或規(guī)范指南中的動(dòng)態(tài)范圍曲線。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(cè)試可以確定顯示的雜散信號(hào)是否是一個(gè)內(nèi)部生成的混合產(chǎn)品還是輸入信號(hào)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(hào)上做出標(biāo)記并提高輸入衰減。如果標(biāo)記值沒(méi)有改變，那么雜散信號(hào)就屬于外部信號(hào)。而如果標(biāo)記值改變，信號(hào)就是內(nèi)部信號(hào)或者是內(nèi)外部信號(hào)的總和。繼續(xù)增加衰減，直到標(biāo)記值不再改變，再開(kāi)始測(cè)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?yàn)榇藭r(shí)所做的測(cè)量?jī)?nèi)部失真最低。一般來(lái)說(shuō)，需要測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍越廣，第一個(gè)混頻器的輸入電平就應(yīng)該越低。

屏幕圖像下端的黃色跡線表示在輸入混頻器被過(guò)度激勵(lì)時(shí)的內(nèi)部失真。衰減為零。藍(lán)色跡線表示當(dāng)衰減設(shè)置為10dB時(shí)，雜散信號(hào)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(shù)測(cè)量。只需用頻譜分析儀、前置放大器和信號(hào)發(fā)生器，就能覆蓋被測(cè)器件的頻率。這種方法的精度低于需要經(jīng)校準(zhǔn)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(dāng)。具體測(cè)量步驟為：

 

1）把信號(hào)發(fā)生器和頻譜分析儀設(shè)置為所測(cè)噪聲系數(shù)的頻率，測(cè)量器件的增益。把該值標(biāo)為Gain(D)。

 

2）同樣方法測(cè)量前置放大器增益。把該值標(biāo)為Gain(P)。

 

3）.斷開(kāi)頻譜分析儀的任何輸入，把輸入衰減器設(shè)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(jí)的增加。

 

4）.把被測(cè)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(jí)應(yīng)增加。

 

5）.把頻譜分析儀視頻帶寬（VBW）設(shè)置為分辨率帶寬的1%或更低。按標(biāo)記功能（MKR FCTN）鍵，然后按Noise Marker On軟鍵。把標(biāo)記放置在所要測(cè)噪聲系數(shù)的頻率上。讀以dBm/Hz為單位的標(biāo)記噪聲功率密度讀數(shù)，把它標(biāo)為Noise(O)。

 

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

 

 

答：RBW是您能隔離兩個(gè)信號(hào)，并還能看到它們的最小帶寬。RBW也會(huì)影響KTB噪聲系數(shù)功率，因?yàn)镽BW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(shè)置得較窄，但又不過(guò)窄，因?yàn)檫@會(huì)減慢掃描時(shí)間。

 

在特定情況下視頻帶寬可設(shè)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(cè)量AM。為測(cè)量AM，視頻帶寬需要足夠?qū)挕?/div>