頻譜分析儀的工作原理和使用方法(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 。兩個幅度相差 60dB的不等幅度信號的頻率間隔至少是60dB帶寬一半的情況下才能分辨出小信號，因此選擇性是分辨不等幅信號的關鍵參數。 選擇性 3 d B6 0 d B6 0 d BBW6 0 d B B W3 d B B W3 d B B WSe l e c ti v i ty = 選擇性 10 kH zR B W = 1 0 kH zR B W = 1 kH zS e l ect i v i t y 15: 110 kH z失真產物60 dB B W = 15 kH z kH z3 dB60 dB 選擇性 ? 實際上，形狀因子表明濾波器特性曲線偏離矩形的程度，也表示它具有排除下邊較小干擾信號或噪聲的能力。波形因子越小，曲線越接近矩形，顯示出的譜線下端越清晰， 60dB帶寬也是能否分辨大譜線近旁的小譜線的決定因素，位于 60dB帶寬以內的小譜線顯然會被曲線的“下擺”部分掩蓋。 ? 老式的頻譜儀中頻濾波器的選擇性為 25:1。現代頻譜儀中所設計的模擬濾波器采用同步調諧式，具有 4個以上的極點，幅頻特性呈高斯分布，高質量的頻譜儀其選擇性可以達到 15:1~11:1。 選擇性 DIGI TA L FIL T ERA N A L OG FI L T ERS P A N 3 kH zR E S B W 1 0 0 H z典型選擇性模擬 15 :1數字 5:1 剩余調頻 ? 頻譜儀本振穩定度是影響分辨力進一步提高。本振的短期不穩定度表現為剩余調頻。，典型的頻譜儀其剩余調頻可以達到：開環本振為1kHz，鎖頻本振為 30Hz，合成本振 1Hz。 剩余調頻 剩余調頻“ 涂抹 ” 了信號 剩余調頻 噪聲邊帶能擬制不平衡信號的分辨相位噪聲 邊帶噪聲 (相位噪聲 ) ? 邊帶噪聲影響到近端 (對載波而言 )低電平信號的分辨。 ? 相位噪聲被規定為低于載波 dBc或 dB，只有當一個信號離系統噪聲本底足夠高時才能被顯示。 ? 由于系統相位噪聲曲線實際上覆蓋了一個較小的信號，因此頻譜儀上還是不能顯示出另一個小信號。 ? 相位噪聲指標被歸一化到 1Hz帶寬。因此如果我們需要測量一個離開載波 10kHz、比載波低 50dB的信號，RBW為 1kHz，我們就要求頻譜儀系統本身的相噪指標為偏離載波 10kHz,相噪為 80dBc/Hz。因為用等式 50dBc[10log(1kHz/1Hz)]=5030=80dBc。將50dBc/1kHz RBW歸一化到 80dBc/1Hz。 自適應關系 ? 上面分析的分辨力帶寬都是指在電路處于穩態情況下的指標，但是針對頻譜儀使用的實際情況還有一個很重要的因素影響到頻譜儀的有效分辨力，這就是頻譜儀的掃描時間。 ? 如果頻率變化率（即掃描速度）太快，某頻率分量尚未達到穩定的幅度值，便變成了另一個頻率，以至在各個頻率上都達不到應有的幅度，輸出波形比起中頻濾波器的曲線（亦即在慢速掃頻時的顯示）有明顯的壓低，展寬和滯后（如圖所示）。 ? 分辨力：分辨力帶寬決定了測量時間。 自適應關系 動態范圍 ? 動態范圍是頻譜儀在測量信號幅度方面的一個主要技術性能，它的定義是在給定的測量精度的條件下，頻譜儀能夠測量的同時存在于輸入端的最大信號與最小信號之比，它表征了測量同時存在的兩個信號幅度差的能力。 平均噪聲電平 ? 頻譜分析儀的一個最主要的用途是探索并測量低電平信號，頻譜儀的靈敏度就是它能測量的最小信號的度量。理論上一個 50Ω電阻負載的熱噪聲功率譜密度為 174dBm。 (其中 ,則電阻的噪聲功率譜密度 )。一個理想完美的接收機將不再在熱噪聲功率的基礎上再疊加任何噪聲功率，根據接收機理論，最小可測量的信號電平由下式決定。 ? 式中 :fdB整機噪聲系數 。 ? B接收機 3dB帶寬 (以 Hz為單位 ) Bf d Bd B mP in l o g101 7 4 ???? 視頻帶寬 (VBW) ? 視頻帶寬 (VBW)不影響頻譜分析儀的頻率分辨力，也不能改進靈敏度，但是它可以改善低信 /噪比測量的鑒別性和重復性。 ? 靈敏度 /顯示平均噪聲電平值：視頻寬帶 視頻帶寬 (VBW) 視頻帶寬 (VBW) ? 一般視頻帶寬 (VBW)應該 (~)分辨力帶寬 (RBW)。 ? 從公式可以看出，靈敏度主要受限于整機的噪聲系數和頻譜儀的中頻帶寬，該噪聲主要是中頻放大器的中頻濾波器中頻帶寬內的噪聲能量，因此最低的顯示噪聲平均電平對應于最窄的分辨力帶寬。 ? 頻譜分析儀的最佳靈敏度應該是在最窄的分辨力帶寬，最小的輸入射頻衰減器設置，以及用足夠的視頻濾波器帶寬的情況下獲得的。 信號 /失真 ? 任何非線性器件都有失真現象，由于頻譜儀中的混頻器是一個非線性器件，它的輸出除了包含所需的中頻分量外，它們將產生內部失真。 失真度失真產物的增加被視為基波功率的函數S e c o n d O r d e r : 2 d B / d B o f F u n d a me n t a lT h i r d O r d e r : 3 d B / d B o f F u n d a me n t a l3f 2f 3fP o w e ri n d B2f f2f f1 2 1 2P o w e ri n d B332 12f fTw o T on e I nt erm odH arm o ni c D i st ort i onT h i r d o r d e r d i s t o r t i o nS e c o n d o r d e r d i s t o r t i o n 信號 /噪聲 ? 與失真圖相似，我們也可以畫出一張信號 /噪聲比與輸入功率之間的關系曲線圖。頻譜儀的最大動態范圍發生在最大可能的信號電平處。 ? 與失真圖相似，我們也可以畫出一張信號 /噪聲比與輸入功