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本文简单介绍了频谱分析仪的应用与运作,在许多应用领域,频谱分析仪都是工程师的好帮手。而频谱分析仪的最佳状态是由许多因素与参数所决定,因此需要全盘考量,而非追求单一指标的完美,对各种基本因素与测量类型进行分析,才能达到趋于完美的量测结果。
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频谱分析仪的种类与应用频谱分析仪的种类与应用[图图]
本文简单介绍了频谱分析仪的应用与运作,在许多应用领域,频谱分析仪都是工程师的好帮手。而频谱分析仪
的最佳状态是由许多因素与参数所决定,因此需要全盘考量,而非追求单一指标的完美,对各种基本因素与测
量类型进行分析,才能达到趋于完美的量测结果。
针对时域方面的信号量测,示波器是一项非常重要且很有效率的量测仪器,它能直 接显示信号波幅、频率、周期、波形与相
位等之响应变化。一般来说,示波器都必须具备双轨迹输出显示装置,同时内建有IEEE-488、IEEE-1394 或RS-232等介面功
能以便与绘图仪器连结,而利于后续量测显示资讯输出与绘图的研究比较之用。只是示波器缺点在于只侷限于低频信号,对于
高频信号的分 析便成为一大挑战。
频谱分析仪的优势,正是在于弥补示波器针对高频信号分析的不足,并可同时将多 频信号以频域的方式来呈现,以方便辨识
各不同频率的功率装置,并显示信号在频域里的特性。
图一 时域量测与频域量测之不同
频谱分析仪种类
频谱分析仪(Spectrum Analyzer)主要用于显示频域输入信号的频谱特性。并依据信号处理方式的差异分为两种类型,分别
是即时频谱 分析仪(Real-Time Spectrum Analyzer),以及扫描调谐频谱分析仪(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer)等两
种。
即时频谱分析仪可在同 一时间显示频域的信号振幅,其工作原理是针对不同的频率信号设置相对应的滤波器与检知器
(Detector),并经由同步多工扫瞄器将信号输出至萤幕,优 点在于能够显示周期性杂散波(Periodic Random Waves)的瞬
时反应,但缺点是价格昂贵,且频宽范围、滤波器的数目与最大多工交换时间(Switching Time)都将对其性能表现造成限
制。
扫瞄调谐频谱分析仪是最常用的频谱分析仪类型,它的基本结构与超外差式接收 器类似,主要工作原理是输入信号透过衰减
器直接加入混波器中,可调变的本地振荡器经由与CRT萤幕同步的扫瞄产生器产生随时间作线性变化的振荡频率,再将 混波
器与输入信号混波降频后的中频信号(IF)放大后、滤波与检波传送至CRT萤幕,因此CRT萤幕的纵轴将显示信号振幅与频率
的相对关系。
如上所言,影响信号反应的主要关键为滤波器频宽。高斯滤波器 (Gaussian-Shaped Filter)影响的功能就是量测所常见到的
解析频宽(Resolution Bandwidth;RBW)。RBW所代表的意义为两个不同频率信号所能够被清楚分辨出来的最低频宽差异,因
此两个不同频率信号的频宽如果低于频谱分析 仪的解析频宽,如此两信号将会重叠而无法分辨。如此看似更低的RBW将有助
于不同频率信号的分辨与量测工作,然而过低的RBW有可能将较高频率的信号给滤 除掉,因而导致信号显示时产生失真。较
高的RBW当然有助于宽频信号的量测,然而却可能增加杂讯底层值(Noise Floor)、降低量测灵敏度,并对于侦测低强度的
信号容易产生阻碍。失真值与设定的RBW密切相关,因此设定适当的RBW宽度才是正确使用频谱分析仪的 重要概念。
此外传统频谱分析仪的前端电路是在一定频宽内可调谐的接收器。当输入信号经 变频器变频后,由低通滤波器输出,滤波器
所输出的数值就是垂直分量,至于频率则是水平分量,如此在萤幕上所呈现的座标图就是输入信号频谱图。由于变频器可 以
达到很宽的频率(如从30Hz~30GHz),与外部混频器配合,更可提高到100GHz以上,因此频谱分析仪是频率覆盖率最宽
的测量仪器之一,不管是 测量连续信号或调变信号,频谱分析仪都是很理想的测量工具。只是传统频谱分析仪的缺点在于,
它只能测量频率的幅度,但缺少相位资讯,因此在性质上是属于标 量仪器而不是向量仪器。
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weixin_38681646
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