呂 樓

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所

頻譜分析儀的使用技巧

呂 樓

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，世界各國(guó)加速了對(duì)電子領(lǐng)域的研究，具體體現(xiàn)在競(jìng)相提高通信、雷達(dá)、遙控、導(dǎo)航等無(wú)線電電子設(shè)備的威力和效能等方面。在這些方面，頻譜分析儀成為必不可少的信號(hào)分析手段。頻譜分析儀可以對(duì)信號(hào)的頻率、電平、頻譜純度及抗干擾特性進(jìn)行分析，使其成為電子領(lǐng)域必不可少的測(cè)量工具。通過(guò)闡述頻譜分析儀組成原理，分析頻譜分析儀參數(shù)的相關(guān)性及探討決定頻譜分析儀性能的諸多因素，從而避免頻譜分析儀在使用過(guò)程中由于操作不當(dāng)導(dǎo)致的測(cè)試結(jié)果失真，保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性，滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

頻譜分析儀；使用；中頻信號(hào)處理

頻譜分析儀是一種常用的信號(hào)測(cè)量與分析工具，在日常工作中發(fā)揮著非常重要的作用。掌握好、使用好頻譜分析儀是對(duì)微波技術(shù)從業(yè)人員的基本要求。多年來(lái)頻譜分析儀一直伴隨著我技術(shù)工作的進(jìn)程，下面就它的原理及使用跟大家做一交流。

1 頻譜分析儀的分類及工作原理

1.1 頻譜分析儀的分類

FFT(快速傅立葉變換)分析儀，是用數(shù)值計(jì)算的方法來(lái)處理一定時(shí)間周期的信號(hào)，可提供頻率、幅度和相位信息。它的特點(diǎn)是速度快、精度高，但其分析頻率帶寬受ADC(模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換)采樣速率限制，適用于窄帶寬信號(hào)分析、快速測(cè)量場(chǎng)合、并行濾波器組處理。掃頻式頻譜分析儀，可分析穩(wěn)定的和周期變化的信號(hào)，可提供信號(hào)幅度和頻率信息，適用于寬頻帶快速掃描測(cè)試、濾波器掃描測(cè)試。(1)輸入衰減器作用：第一級(jí)處理，輸入Attenua-tor，保證頻譜儀在寬頻范圍內(nèi)保持良好的匹配特性；保護(hù)內(nèi)部混頻及中頻處理電路，防止損壞；防止產(chǎn)生過(guò)大非線性失真。(2)內(nèi)部輸入衰減器與中頻放大器保持聯(lián)動(dòng)關(guān)系，中頻放大器具有自動(dòng)補(bǔ)償衰減的作用，輸入信號(hào)測(cè)量不會(huì)受衰減器設(shè)置影響。(3)當(dāng)ATT設(shè)置為Auto時(shí)，改變參考電平，ATT會(huì)隨之改變。

1.2 工作原理頻譜分析儀工作原理

并不復(fù)雜，與日常使用的收音機(jī)、電視機(jī)工作原理相似，都稱為超外差接收方式.圖1是頻譜儀的基本原理框圖。

圖1 頻譜儀工作原理框圖

如圖1所示，本振頻率受斜波發(fā)生器的控制，在斜波發(fā)生器的控制下，本振頻率將從低到高線性變化。同時(shí)斜波發(fā)生器產(chǎn)生的斜波電壓加到顯示器的X軸上?；祛l器輸出的中頻頻率經(jīng)過(guò)中頻濾波器后輸出到檢波器，經(jīng)過(guò)檢波器的包絡(luò)檢波，得到一個(gè)視頻信號(hào)，輸出經(jīng)視頻濾波器后接到Y(jié)軸上，視頻信號(hào)在陰極射線管內(nèi)垂直偏轉(zhuǎn)，即顯示出信號(hào)的幅度。由于X軸上顯示的頻率值是斜波發(fā)生器電壓值的函數(shù)，所以可以對(duì)應(yīng)于被測(cè)信號(hào)的頻率值，而Y軸上顯示的是相對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅度，因此頻譜儀顯示器上顯示的是輸入信號(hào)的頻譜。

2 使用方法

2.1 頻譜儀初始設(shè)置

在信號(hào)測(cè)試時(shí)，通過(guò)菜單設(shè)置正確的輸入阻抗，達(dá)到與被測(cè)信號(hào)源輸出阻抗匹配。必須設(shè)置正確的信號(hào)中心頻率，以及我們需要測(cè)試的起始和截止頻率。同時(shí)根據(jù)測(cè)試信號(hào)的電平大小設(shè)置相對(duì)應(yīng)的電平值。為了便于觀察，要根據(jù)信號(hào)信噪比的大小來(lái)正確選擇顯示屏幕上每刻度相對(duì)應(yīng)的電平值，一般分為10dB/Div、5dB/Div、2dB/Div、1dB/Div。通過(guò)這四步設(shè)置后，一般都能從頻譜儀上得到我們需要觀察信號(hào)的頻譜。但僅僅這樣不能夠很好的區(qū)分相鄰頻帶，底噪過(guò)大，不利于小信號(hào)的觀察。這些都需要對(duì)頻譜儀進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)置，來(lái)完善所觀察到的信號(hào)。

2.2 頻譜分析儀輸入口保護(hù)

估算待測(cè)模塊或整機(jī)的最大輸出功率(可根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，考慮可能產(chǎn)生的自激情況)，在頻譜分析儀的輸入口串接合適(包括衰減值、額定功率大小)的衰減器。要注意儀器端口所接的電纜、衰減器及隔離器是否規(guī)范(轉(zhuǎn)動(dòng)部位)。

2.3 頻率分辨帶寬

RBW設(shè)置RBW(Resolution Bandwidth)頻率分辨帶寬是一個(gè)非常重要的參量，它是由圖一中的中頻濾波器的帶寬所決定的。RBW代表兩個(gè)不同頻率的信號(hào)能夠被清楚的分辨出來(lái)的最低分辨帶寬，兩個(gè)不同頻率的信號(hào)頻寬如果低于頻譜分析儀的RBW，此時(shí)該信號(hào)將重疊，難以分辨。對(duì)于兩條緊密相關(guān)的譜線，其分辨力取決于濾波器的帶寬。通過(guò)實(shí)際對(duì)頻譜分析儀RBW的操作試驗(yàn)，分辨率帶寬每增加10倍，頻譜儀顯示噪聲電平也相應(yīng)提高10倍。因此在實(shí)際使用中提高頻譜分析儀的靈敏度需要將RBW設(shè)置的盡可能小，以增加頻譜儀的分辨率，同時(shí)降低噪聲電平的值，但是RBW設(shè)置過(guò)小時(shí)，將濾除較高頻率的信號(hào)成份，導(dǎo)致信號(hào)顯示時(shí)產(chǎn)生失真，同時(shí)較窄的帶寬會(huì)導(dǎo)致掃描時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。因此要根據(jù)實(shí)際電平需要進(jìn)行反復(fù)調(diào)整。

2.4 所有儀器必須接地良好

如果某一設(shè)備(儀器)未接地或地線接觸不良，會(huì)造成設(shè)備端口帶電，這對(duì)于功率探頭、信號(hào)源輸出口、頻譜儀輸入輸出端口及HPIB、GBIP端口是致命的，因?yàn)樗梢栽谠摱丝谂c其它設(shè)備相連的瞬間放電，從而損壞內(nèi)部電路(輸入衰減器ATT、混頻器、放大器或輸入電路等)，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。CRT顯示儀器后面都有專門的接地端，有的儀器則沒有。國(guó)外都是通過(guò)三芯電源插頭插座的接地端與地相連來(lái)保證儀器的接地。但實(shí)際使用的電源插座因質(zhì)量不合格或接觸不良，沒法保證接地，所以要求所有儀器設(shè)備都必須另接地線，與地網(wǎng)相連。特別需要注意的是，有時(shí)候儀器需在各崗位之間調(diào)用，這時(shí)必須要注意儀器的接地。

隨著射頻信號(hào)頻率的不斷提升，其信號(hào)特征正得到越來(lái)越多的關(guān)注。在論述頻譜分析儀組成原理，分析決定頻譜分析儀性能因素的基礎(chǔ)上，列舉了由于對(duì)頻譜分析儀使用不當(dāng)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果失真的案例。測(cè)試工程師在應(yīng)用頻譜分析儀進(jìn)行射頻信號(hào)測(cè)試時(shí)，應(yīng)充分了解頻譜分析儀的性能，盡可能排除由儀器自身特性造成的對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，充分發(fā)揮頻譜分析儀在射頻測(cè)試領(lǐng)域的最大效能。

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