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。
频谱仪选型指南:
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:0dBm=1mW,20dBm=100mW,30dBm=1000mW=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。
选型小提示:
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。
频谱仪是射频领域进行信号测试分析的基础仪器,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设备,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。
频谱仪的读取方法:
1、电平的读取:主要使用参考电平REF。仪器屏幕图形上最上边的一行水平线是参考电平线。该线表示的电平为参考电平,其数值和单位显示在屏幕左上角。
2、频率的读取:图形里的中心频率、起始频率、终止频率三条竖线,各自代表的频率数显示在屏幕的下方。
3、光标的使用:按MKR键,屏幕曲线上将出现闪动的光标。光标所在位置的电平和频率显示在屏幕左上角。光标可任意移动,移动到什么位置,就显示什么地方的频率和电平。
一、实时带宽
1、对于示波器来说,带宽通常是其测量频率范围。而频谱仪则有中频带宽、分辨带宽等带宽定义。这里,我们以能对信号进行实时分析的实时带宽作为讨论对象。
2、对于频谱仪来说,末级模拟中频的带宽通常可以作为其信号分析的实时带宽,大多数的频谱分析的实时带宽只有几兆赫兹,通常较宽的实时带宽通常为几十兆赫兹,当然目前带宽最宽的FSW频谱仪可以达到500兆赫兹。而示波器的实时带宽为其实时取样的有效模拟带宽,一般为数百兆赫兹,高的可达数千兆赫兹。
3、这里需要指出的是,大多数的示波器在垂直刻度设置不同时,其实时带宽可能并不一致,在垂直刻度设置到较为灵敏时,其实时带宽通常会下降。
4、从实时带宽来说,示波器普遍优于频谱仪,这对于某些超宽带信号分析尤其有好处,特别是在调制分析上有着无可比拟的优势。
二、动态范围
1、动态范围指标因其定义不同而有所不同,很多情况下,动态范围被描述为仪器测量最大信号和最小信号的电平差值。当改变测量设置时,仪器测量大信号和小信号的能力是不一样的,例如频谱分析仪在衰减设置不一样的情况下,其测量大信号所带来的失真是不一样的。在这里,我们讨论仪器能够同时测量大小信号的能力,即在不改变任何测量设置的情况下,示波器和频谱仪在合适设置情况下的较佳动态范围。
2、对于频谱仪来说,在不考虑相位噪声等近端噪声和杂散情况下,平均噪声电平、二阶失真、三阶失真是制约动态范围的最主要因素,以主流频谱仪的技术指标计算,其理想动态范围约为90dB(受二阶失真限制)。
3、大多数的示波器由于受其AD有效取样位数和噪声底的限制,传统示波器的理想动态范围通常不超过50dB。(对于R&SRTO示波器,在100KHzRBW时,其动态范围可高达86dB)。
4、从动态范围来看,频谱仪要优于示波器。但这里要指出的是,这对于常在信号的频谱分析来说确实如此,然而示波器的频谱是同一帧数据,频谱仪的频谱大多数情况下都不是同一帧数据,因而对于瞬变信号来说,频谱仪可能无法测量到。而示波器发现瞬变信号(信号满足动态范围的情况下)的概率要大得多。
三、功率测量准确度
对于频域分析来说,功率测量准确度是非常重要的技术指标。无论是示波器还是频谱仪,对功率测量准确度的影响量都是非常多的,下面分别列出其主要的影响量:
1、对于示波器来说,功率测量准确度的影响量有:端口不匹配引起的反射、垂直系统误差、频率响应、AD量化误差、校准信号误差等。
2、对于频谱仪来说,功率测量准确度的影响量有:端口不匹配引起的反射、参考电平误差、衰减器误差、带宽转换误差、频率响应、校准信号误差等。
3、此处我们不对影响量进行逐一分析比较,我们通过对1GHz频率信号的进行功率测量来对比,通过RTO示波器和FSW频谱仪的测量对比可以看出,在1GHz处,示波器与频谱仪的功率测量值仅相差0.2dB左右,这是非常好的测量准确度指标。因为频谱仪在1GHz处的测量准确度是非常好的。
4、另外,在频率范围内,示波器的频率响应指标也是很好的,4GHz范围内不超过0.5dB,从这点来说,示波器甚至优于频谱仪的性能。