频谱分析仪是电子工程师工作台上或高校实验室内的常用工具。这里整理出关于频谱仪使用的常见问题,希望它能为你答疑解惑。
1.怎样设置才能获得频谱仪较佳的灵敏度,以方便观测小信号
首先根据被测小信号的大小设置相应的中心频率、扫宽(SPAN)以及参考电平;然后在频谱分析仪没有出现过载提示的情况下逐步降低衰减值;如果此时被测小信号的信噪比小于15dB,就逐步减小RBW,RBW越小,频谱分析仪的底噪越低,灵敏度就越高。
如果频谱分析仪有预放,打开预放。预放开,可以提高频谱分析仪的噪声系数,从而提高了灵敏度。对于信噪比不高的小信号,可以减少VBW或者采用轨迹平均,平滑噪声,减小波动。
需要注意的是,频谱分析仪测量结果是外部输入信号和频谱分析仪内部噪声之和,要使测量结果准确,通常要求信噪比大于20dB。
2.分辨率带宽(RBW)越小越好吗?
RBW越小,频谱分析仪灵敏度就越好,但是,扫描速度会变慢。可以根据实际测试需求设
RBW,在灵敏度和速度之间找到平衡点–既保证准确测量信号又可以得到快速的测量速度。
3.平均检波方式(average type)如何选择:power?Log power?Voltage?
·Log power对数功率平均
又称Video Averaging,这种平均方式具有最低的底噪,适合于低电平连续波信号测试。但对”类噪声“信号会有一定的误差,比如宽带调制信号W-CDMA等。
·功率平均
又称RMS平均,这种平均方式适合于“类噪声“信号(如:CDMA)总功率测量
·电压平均
这种平均方式适合于观测调幅信号或者脉冲调制信号的上升和下降时间测量。
4.扫描模式的选择:sweep还是FFT?
现代频谱仪的扫描模式通常都具有Sweep模式和FFT模式。通常在比较窄的RBW设置时,FFT比sweep更具有速度优势,但在较宽RBW的条件下,sweep模式更快。
当扫宽小于FFT的分析带宽时,FFT模式可以测量瞬态信号;在扫宽超出频谱分析仪的FFT分析带宽时,如果采用FFT扫描模式,工作方式是对信号进行分段处理,段与段之间在时间上存在不连续性,则可能在信号采样间隙时,丢失有用信号,频谱分析就会存在失真。这种类型信号包括:脉冲信号,TDMA信号,FSK调制信号等。
5.检波器的选择对测量结果的影响?
·Peak检波方式
选取每个bucket中的最大值作为测量值。这种检波方式适合连续波信号及信号搜索测试。
·Sample检波方式
这种检波方式通常适用于噪声和“类噪声”信号的测试。
·Neg Peak检波方式
适合于小信号测试,例如,EMC测试。
·Normal检波方式
适合于同时观察信号和噪声。
6.跟踪源(TG)的作用是什么?
跟踪源是频谱分析仪上的常见选件之一。当跟踪源输出经被测件的输入端口,而此器件的输出则接到频谱分析仪的输入端口时,频谱仪以及跟踪源形成了一个完整的自适应扫频测量系统。跟踪源输出的信号的频率能精确地跟踪频谱分析仪的调谐频率。频谱分析仪配搭跟踪源选件,可以用作简易的标量网络分析,观测被测件的激励响应特性曲线,例如:器件的频率响应、插入损耗等。
频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器,用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量,可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数,是一种多用途的电子测量仪器,它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等,现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果,能分析1赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。
频谱分析仪的技术指标:
1、输入频率范围
指频谱仪能够正常工作的最大频率区间,以HZ表示该范围的上限和下限,由扫描本振的频率范围决定,现代频谱仪的频率范围通常可从低频段至射频段,甚至微波段,如1KHz~4GHz,这里的频率是指中心频率,即位于显示频谱宽度中心的频率。
2、分辨力带宽
指分辨频谱中两个相邻分量之间的最小谱线间隔,单位是HZ,它表示频谱仪能够把两个彼此靠得很近的等幅信号在规定低点处分辨开来的能力,在频谱仪屏幕上看到的被测信号的谱线实际是一个窄带滤波器的动态幅频特性图形(类似钟形曲线),因此,分辨力取决于这个幅频生的带宽,定义这个窄带滤波器幅频特性的3dB带宽为频谱仪的分辨力带宽。
3、灵敏度
指在给定分辨力带宽、显示方式和其他影响因素下,频谱仪显示最小信号电平的能力,以dBm、dBu、dBv、V等单位表示,超外差频谱仪的灵敏度取决于仪器的内噪声,当测量小信号时,信号谱线是显示在噪声频谱之上的,为了易于从噪声频谱中看清楚信号谱线,一般信号电平应比内部噪声电平高10dB,另处,灵敏度还与扫频速度有关,扫频速度赶快,动态幅频特性峰值越低,导致灵敏度越低,并产生幅值差。
4、动态范围
指能以规定的准确度测量同时出现在输入端的两个信号之间的最大差值,动态范围的上限爱到非线性失真的制约,频谱仪的幅值显示方式有两种:线性的对数,对数显示的优点是在有限的屏幕有效的高度范围内,可获得较大的动态范围,频谱仪的动态范围一般在60dB以上,有时甚至达到100dB以上。
5、频率扫描宽度(Span)
另有分析谱宽、扫宽、频率量程、频谱跨度等不同叫法。通常指频谱仪显示屏幕最左和最右垂直刻度线内所能显示的响应信号的频率范围(频谱宽度),根据测试需要自动调节,或人为设置,扫描宽度表示频谱仪在一次测量(也即一次频率扫描)过程中所显示的频率范围,可以小于或等于输入频率范围,频谱宽度通常又分为三种模式:
①全扫频:频谱仪一次扫描它的有效频率范围;
②每格扫频:频谱仪一次只扫描一个规定的频率范围,用每格表示的频谱宽度可以改变;
③零扫频频率宽度为零,频谱仪不扫频,变成调谐接收机;
6、扫描时间(SweepTime,简作ST)
即进行一次全频率范围的扫描、并完成测量所需的时间,也叫分析时间,通常扫描时间越短越好,但为保证测量精度,扫描时间必须适当,与扫描时间相关的因素主要有频率扫描范围、分辨率带宽、视频滤波,现代频谱仪通常有多档扫描时间可选择,最小扫描时间由测量通道的电路响应时间决定。
7、幅度测量精度
有绝对幅度精度和相对幅度精度之分,均由多方面因素决定,绝对幅度精度是针对满刻度信号的指标,受输入衰减、中频增益、分辨率带宽、刻度逼真度、频响及校准信号本身的精度等的综合影响;相对幅度精度与测量方式有关,在理想情况下仅有频响和校准信号精度两项误差来源,测量精度可以达到非常高,仪器在出厂前要经过校准,各种误差已被分别记录下来并用于对实测数据进行修正,显示出来的幅度精度已有所提高。
频谱仪是一种常用的分析仪器,主要针对于射频和微波信号进行检测,在多个领域中都有一定的应用。在测量信号频谱时若信号为偶发跳变信号,则普通扫频式频谱因扫描速度较慢将很难测量到信号,需要使用较新的实时类频谱。
1、频率范围
频谱工作时所能分析的信号频率范围。为频谱的指标,必须保证测试信号在频谱的工作频率范围以内。
2、输入功率
频谱的输入功率分为平均连续、脉冲输入功率。平均连续功率是指仪器能连续输入信号的最大功率值。脉冲输入功率是指频谱能测量的脉冲输入功率的值(严格遵守厂家要求的脉冲宽度,占空比参数)。输入功率一般单位用dBm表示,dBm是一个考征功率绝对值的值,计算公式为:10lg(功率值/1mw)。例如:0 dBm=1 mW,20 dBm=100 mW,30 dBm=1000 mW=1W。
3、输入阻抗
分析仪对信号源呈现的终端阻抗。射频和微波分析仪的额定阻抗通常是50Ω。对于某些系统(如有线电视),标准阻抗是75Ω。阻抗不匹配将造成很大的测量误差,甚至干扰电路运行。
4、平均噪声电平(DANL)
平均噪声电平相当于频谱自身噪声的大小,选择与工程师所测量的最小信号幅度有关。理想状态DANL越小越好,但是随着DANL越小需要的技术复杂程度越高价格就越为昂贵。测量如同在航行时只有海水低于礁石的时候我们才能看见礁石。
5、前置放大器
在频谱内增加一个微小信号放大模块,可以改善系统(前置放大器和频谱分析仪)灵敏度。主要用于测量微小信号。
6、跟踪源
在频谱内增加一个与频谱同步的扫频信号源。添加跟踪源后可进行标量网络参数测量、例如:可以测试被测单元(如放大电路,滤波电路)的频率特性曲线,配合驻波比测试套件也可以实现反射系数、回波损耗、驻波的测量。