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如何使用频谱分析仪

发布时间:2022-11-02      点击次数:193
  一、什么是频谱分析仪在频域内分析信号的图示测试仪。以图形方式显示信号幅度按频率的分布,即X轴表示频率,Y轴表示信号幅度。
  二、原理:用窄带带通滤波器对信号进行选通。
  三、主要功能:显示被测信号的频谱、幅度、频率。可以全景显示,也可以选定带宽测试。
  四、测量机制:
  1、把被测信号与仪器内的基准频率、基准电平进行对比。因为许多测量的本质都是电平测试,如载波电平、A/V、频响、C/N、CSO、CTB、HM、CM以及数字频道平均功率等。
  2、波形分析:通过107选件和相应的分析软件,对电视的行波形进行分析,从而测试视频指标。如DG、DP、CLDI、调制深度、频偏等。
  五、操作:
  (一)硬键、软键和旋钮:这是仪器的基本操作手段。
  1、三个大硬键和一个大旋钮:大旋钮的功能由三个大硬键设定。按一下频率硬键,则旋钮可以微调仪器显示的中心频率;按一下扫描宽度硬键,则旋钮可以调节仪器扫描的频率宽度;按一下幅度硬键,则旋钮可以调节信号幅度。旋动旋钮时,中心频率、扫描宽度(起始、终止频率)、和幅度的dB数同时显示在屏幕上。
  2、软键:在屏幕右边,有一排纵向排列的没有标志的按键,它的功能随项目而变,在屏幕的右侧对应于按键处显示什么,它就是什么按键。
  3、其它硬键:仪器状态(INSTRUMNT STATE)控制区有十个硬键:RESET清零、CANFIG配置、CAL校准、AUX CTRL辅助控制、COPY打印、MODE模式、SAVE存储、RECALL调用、MEAS/USER测量/用户自定义、SGL SWP信号扫描。光标(MARKER)区有四个硬键:MKR光标、MKR光标移动、RKR FCTN光标功能、PEAK SEARCH峰值搜索。控制(CONTRL)区有六个硬键:SWEEP扫描、BW带宽、TRIG触发、AUTO COVPLE自动耦合、TRACE跟踪、DISPLAY显示。在数字键区有一个BKSP回退,数字键区的右边是一纵排四个ENTER确认键,同时也是单位键。大旋钮上面的三个硬键是窗口键:ON打开、NEXT下一屏、ZOOM缩放。大旋钮下面的两个带箭头的键STEP配合大旋钮使用作上调、下调。
  (二)输入和输出接口:位于一起面板下边一排。TV IN测视频指标的信号输入口;VOL INTEN是内外一套旋钮控制、调节内置喇叭的音量和屏幕亮度;CAL OUT仪器自检信号输出;300Mhz 29dBmv仪器标准信号输出口;PROBE PWR仪器探针电源;IN 75Ω1M—1.8G测试信号总输入口。
  (三)测试准备:
  1、限制性保护:规定最高输入射频电平和造成性损坏的最高电压值:直流25V,交流峰峰值100V。
  2、预热:测试须等到OVER COLD消失。
  3、自校:使用三个月,或重要测量前,要进行自校。
  4、系统测量配置:配置是测量之前把测量的一些参数输入进去,省去每次测量都进行一次参数输入。内容:测试项目、信号输入方式(频率还是频道)、显示单位、制式、噪声测量带宽和取样点、测CTB、CSO的频率点、测试行选通等。配置步骤:按MODE键——CABLE TV ANALYZER软键——Setup软键,进入设置状态。细节为tune config调谐配置:包括频率、频道、制式、电平单位。Analyzer input输入配置:是否加前置放大器。Beats setup拍频设置、测CTB、CSO的频点(频率偏移CTB FRQ offset、CSO FRQ offset)。GATING YES NO是否选通测试行。C/N setup载噪比设置:频点(频率偏移C/N FRQ offset)、带宽。
  频谱分析仪的特点
  1.频谱分析仪采用扫频调谐接收技术,把信号的幅频特性等参数在CRT上显示出来,很直观,一目了然。
  2.频谱分析仪能同时显示复合信号的各个频率的量值(但不反映相位量值)3.频谱分析仪显示动态范围大:70-120db。
  4.频谱分析仪的频率覆盖很宽,从uHz-325GHz,一般微波频谱分析仪在:100Hz-26.5GHz如日本爱德万公司的R3271A、R3371A,HP8566HB等等。
  5.输入信号幅度范围宽:-156dbm-+30dbm,不论小信号、大信号它都能适应。
  6.频率稳定度好。现代频谱分析仪大都用合成锁相技术,一般都可以达到2*10(-6)/日-5*10(-9)/日,如爱德万公司R3365A,R3265A,R3371A,R3271A等可达2X10(-8)/日,并有5X10(-9)/日的选件。频率显示分辨率可达1Hz。
  7.分辨带宽很窄,高档次、高质量的频谱分析仪一般都可以达到:10Hz-3MHz,低频谱分析仪可达mHz数量级。
  8.测量幅度精度高,对各种频率的幅度测量精度可达:±0.1db-±3db。
  9.有部分频谱分析仪还增加固定调谐法(另扫宽),相当于一台示波器,能测量信号频率的时域特性。如爱德万公司的R4136等。
  10.80年代中期以来的频谱分析仪都带有计算机控制接口,各种输出设备接口,能组成自动化测试系统,并可远程测量和控制。又可硬拷贝输出,不需昂贵的照机设备。
  11.频谱分析仪还备有各种选件、测试软件,在许多专用场合也是一台理想的仪器。频谱分析仪测量要注意的问题使用频谱分析仪测量系统指标,一般只需将频谱分析仪与系统直接相连,然后按照指标的测量方法操作,在测量过程中,特别需要注意以下一些问题。
  (1)信号输入大小的调节频谱分析仪的输入如果过高,分析仪将使它产生非线性失真,测试出的结果则由于失真产生误差;如果信号电平过低,信号可能被分析仪的底噪声所掩盖,无法正确测量信号,这两种情况都会减小测量的动态范围。因此,使用前要十分清楚地了解信号的输入范围,正确选择输入衰减。射频信号输入时,还应注意电缆特性阻抗与仪器输入阻抗匹配,否则信号不匹配则会引起衰减,造成测量误差。在有线电视系统中,电缆特性阻抗一般为75Ω,分析仪输入阻抗一般可以在50Ω和75Ω之间选择,所以在测量时要正确选择分析仪的输入阻抗,减小测量误差。
  (2)分辨带宽的选择在频谱分析仪中,频率分辨力是一个非常重要的概念,它是由中频滤波器的带宽决定的,这个带宽决定了仪器的分辨带宽BWRES,如果滤波器的带宽是100Hz,那么谱线频率就有100Hz的不定性。若在一个滤波器的带宽频率范围内出现了两条谱线,则不可能检出这两条谱线是不同的频率分量,但是将测出它在频率范围内的能量而不考虑多少谱线产生这一能量,因此,对于两条紧密相关的谱线,其分辨力取决于滤波器的宽度。在实际测量过程中,应该正确选择频率分辨带宽的大小,既不能把不需要的信号混合到测量信号中,也不能把需要的信号排除在外。
  (3)信号检波器的选择频谱分析仪中的信号检波器有峰值检波和取样检波等类型,峰值检波是的类型。中频滤波器的输出接到检波器上,检波器产生与中频级输出的交流信号电平成正比的直流电平。我们可以根据信号测量指标的不同,选用不同的检波方式,如测量信号电平时采用峰值检波,测量噪声时采用取样检波。
  (4)垂直刻度的选择在频谱分析仪中,由于信号电平大幅度变化,一般采用对数刻度,而在检波器之前有一个对数放大器,对数放大器按照对数函数来压缩信号电平,即对于输入电平幅度V,输出电压幅度为lgV,这样大大地减小了由检测器所检测的信号电平变化,同时向用户提供了校准成单位为分贝的对数垂直刻度。另外也可以根据信号的不同选择线性垂直刻度,它所表示的信号范围较小。
  (5)视频滤波器带宽的选择视频滤波器是一个低通滤波器,它可以减小检波器输出的噪声变化,揭示一些已被掩盖且接近本底噪声的信号,如果噪声是待测量,则视频滤波器还有助于稳定测量。采用宽带视频滤波器时,噪声的波动较大;采用窄带视频滤波器时,波动显著减小,两者噪声平均值一样,只是噪声的波动不同。
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