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。在这片文章中,我们整理出6条关于频谱仪使用的常见问题, 希望它能为你答疑解惑。
Q1: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
A: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,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。
Q2:分辨率带宽(RBW)越小越好吗?
A: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。
Q3:平均检波方式(averagetype)如何选择:Power?Logpower?Voltage?
Logpower对数功率平均:又称VideoAveraging,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。
Q4:扫描模式的选择:sweep还是FFT?
A: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。
Q5: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。
NegPeak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。
Q6:跟踪源(TG)的作用是什么?
A: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。
频谱是频率谱密度的简称,是频率的分布曲线。复杂振荡分解为振幅不同和频率不同的谐振荡,这些谐振荡的幅值按频率排列的图形叫做频谱。
频谱仪的分类:
一般分为FFT(快速傅里叶变化)和扫频式频谱仪。其中FFT式频谱仪适合窄分析带宽,快速测量场合,扫频式频谱仪适合宽频带分析场合。
频谱仪内部原理:
1、输入衰减器
信号进入频谱仪后,先经过一个输入衰减器,作用为防止大信号进入混频器,造成混频器过载,增益压缩,畸变。衰减器雨后面的中频放大器是互动的,中频放大器补偿前面的衰减值,保证信号大小不变。
2、低通滤波器
低通滤波器决定了频谱仪的分析能力,频谱仪上标注的频率范围就是由此滤波器决定。
3、混频器
混频器,通过本振(LO)将输入信号下变频到中频。
4、中频滤波器
中频滤波器即频谱仪面板上设置的RBW,是可调的,调节RBW会影响频率选择性,信噪比和测试速度。
5、包络检波器
将中频信号转换为基带信号或者视频信号。有正向检波(显示最大值),负向检波(显示最小值),采样检波(显示中值)。
6、视频滤波器
一般为一低通滤波器,此滤波器主要是为了减少噪声的峰峰值变化,测试小信号时会用到。
仪器内部计算机设有三个常用校准程序:频率校准、幅度校准和预选器(YTF)校准。
一、频率校准
1、当频谱仪经过振动、运输、长时间放置或大的环境温度变化时,频谱仪频率调谐会发生变化,带来频率测量误差,严重时会出现测量信号左右晃动的现象,通过频率校准可以排除该现象。校准的过程主要是以300MHz信号为参考信号,对频谱仪的扫描时间、中心频率、跨度(扫宽)、YIG主线圈延迟、副线圈灵敏度、扫频灵敏度进行误差校准,使频谱仪频率调谐范围正常。
2、校准方法是:用频率/幅度校准电缆,将校准信号(CALOUTPUT)接入频谱仪的信号输入端。按【CAL】〔CALFREQ〕,频谱仪进入频率校准程序。校准结束后,屏幕上出现“CALDONE”信息,按〔CALSTORE〕键将校准数据存储在仪器的E2PROM中。
二、幅度校准
1、与频率校准一样,当频谱仪测量幅度准确度发生变化时,通过幅度校准程序可以使仪器满足出厂指标,过程主要是以300MHz信号为参考信号,对频谱仪的整个通道幅度、分辨带宽滤波器、对数放大器、以及输入衰减器等幅度进行误差测量并校正。
3、校准方法是:用频率/幅度校准电缆,将校准信号(CALOUTPUT)接入频谱仪的信号输入端。按【CAL】〔CALAMP〕,频谱仪进入幅度校准程序。校准结束后,屏幕上出现“CALDONE”信息,按〔CALSTORE〕键将校准数据存储在仪器的E2PROM中。
三、预选器(YTF)校准
1、预选器的扫频和跟踪是频谱仪谐波波段的关键。该机设计上采用了和第一本振相互独立的驱动电路,对各波段分别校准和驱动。在频谱仪快扫、慢扫、跨波段扫时,对第一振荡器和预选器的磁滞、延迟进行补偿,大大地改善了YTF的跟踪特性。如果频谱仪在谐波波段上有5dB或更大的幅度误差,往往是仪器放置时间较长,环境温度变化较大所造成的。预选跟踪器不良会造成幅度测量误差,甚至测不到信号,此时应该进行YTF校准。
2、校准方法是:用YTF校准电缆,将100MHZ梳状波(COMB)信号接到频谱仪的RF输入端。按【CAL】〔CALYTF〕,频谱仪进入YTF校准程序。校准结束后,屏幕上出现“CALDONE”信息,按〔CALSTORE〕键将校准数据存储在仪器的E2PROM中。
3、如果在校准期间退出或校准不能完成出现错误信号,按〔CALFETCH〕取回校准数据。这时仪器将需要重新调整和修理。
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