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频谱分析仪的主要技术指标有频率范围、分辨率、分析谱宽、分析时间、扫频速度、灵敏度、显示方式和假响应。
频率范围
进行正常工作的频率区间。现代频谱仪的频率范围能从**1赫直至300吉赫。
分辨力
在显示器上能够区分邻近的两条谱线之间频率间隔的能力,是频谱分析仪重要的技术指标。分辨力与滤波器型式、波形因数、带宽、本振稳定度、剩余调频和边带噪声等因素有关,扫频式频谱分析仪的分辨力还与扫描速度有关。分辨带宽越窄越好。现代频谱仪在高频段分辨力为10~100赫。
分析谱宽
又称频率跨度。频谱分析仪在一次测量分析中能显示的频率范围,可等于或小于仪器的频率范围,通常是可调的。
分析时间
完成一次频谱分析所需的时间,它与分析谱宽和分辨力有密切关系。对于实时式频谱分析仪,分析时间不能小于其窄分辨带宽的倒数。
扫频速度:分析谱宽与分析时间之比,也就是扫频的本振频率变化速率。
灵敏度
显示微弱信号的能力,受频谱仪内部噪声的限制,通常要求灵敏度越高越好。动态范围指在显示器上可同时观测的信号与弱信号之比。现代频谱分析仪的动态范围可达80分贝。
显示方式
显示的幅度与输入信号幅度之间的关系。通常有线性显示、平方律显示和对数显示三种方式。
假响应
显示器上出现不应有的谱线。这对**外差系统是不可避免的,应设法抑止到小,现代频谱分析仪可做到小于-90分贝毫瓦。
频谱分析仪
是一种比较贵重的综合性仪器,一旦损坏,相应的维修费用比较高,且维修周期比较长,因此正确使用非常重要。
1、对于来说电源是非常重要的,在给频谱分析仪加电之前,一定要确保电源接确,保证地线可靠接地。频谱分析仪配置的是三芯电源线,开机之前,必须将电源线插头插入标准的三相插座中,千万不要使用没有保护地的电源线,以防止可能造成的人身伤害。
2、在对信号进行测量前,频谱分析仪开机后应预热三十分钟,当测试环境温度改变35度时,频谱分析仪应重新进行校准。
3、任何频谱分析仪在输入端口都有一个允许输入的全功率,称为输入电平。如国产多功能频谱分析仪4032要求连续波输入信号的功率不能**过+30dBmW(1W),且不允许直流输入。若输入信号值**出了频谱分析仪所允许的输入电平值,则会造成仪器损坏;对于不允许直流输入的频谱分析仪,若输入信号中含有直流成份,则也会对频谱分析仪造成损伤。
一般的输入电平值通常在**板靠近输入连接口的地方标出。如果频谱分析仪不允许信号中含有直流电压,当测量带有直流分量的信号时,应外接一个恰当数值的电容器用于隔直流。
当对所测信号的性质不太了解时,我们可采用以下的办法来保证频谱分析仪的安全使用:如果有RF功率计,可以用它来先测一下信号电平;如果没有功率计,则在信号电缆与频谱仪的输入端之间应接上一个一定量值的外部衰减器,频谱分析仪应选择的射频衰减和可能的基准电平,并且使用宽的频率扫宽(SPAN),保证可能偏出屏幕的信号可以清晰看见。我们也可以使用示波器、电压表等仪器来检查DC及AC信号电平。
噪声特性
由于电阻的热敏效应,任何设备均具有噪声,频谱分析仪亦不例外,频谱分析仪的噪声,本质上是热噪声,属于随机性(Random),它能被放大与衰减,由于系随机性信号,两噪声的结合只有相加而无法产生相减的效果。在频带范围内也相当平坦,其频宽远大于设备内部电路的频宽,检测器检知的噪声值与设定的分辨率频宽(RBW)有关。由于噪声是随机性迭加于信号功率上,因此显示的噪声准位与分辨率频宽成对数的关系,改变分辨率频宽时噪声随之变化,噪声改变量相关的数学式如下所示:
例如:频宽从100kHz(BW1)调整到10kHz(BW2),则噪声改变量为:
亦即降低噪声量10dB (为原来的1/10),相对提高讯号与噪声比10dB。由此可知,纯粹要降低噪声量,使用窄宽度的频宽将能达到目的。不论噪声来之于外部或内部产生,量测时均将影响信号振幅的准确性,特别在低准位信号时,较是如此,噪声太大时,甚至掩盖信号以致无确判断信号的大小,影响量测质量的两种噪声可概括为下列项:
⑴.产生于交换功能的数字电路、点火系统与DC 马达脉冲噪声,这类噪声常见于EMI(Electromagnetic Interference)的讨论领域里。
⑵. 随机性噪声来之于自然界或电路的电子移动,又称之为KTBW (或称热敏)噪声、Johnson 噪声、宽带噪声或白氏(White)噪声等,本书主要以热敏噪声为重点,数学式为:
Pn =kTBW ,⑸
其中:Pn =噪声功率= 3.98*10?21 瓦/Hz 或-174dB/Hz
k=Boltzman 常数,1.38*10?23 joule/oK
T=温度表示的常温=290 oK
BW=系统的噪声功率频宽(Hz)。
在4MHz、75 Ω、290 oK 时的噪声功率为-59.1dBm。由噪声功率得知,信号频宽降低,系统噪声功率随之降低,信号的质量以信号噪声比表示
(SNR;Signal-to-Noise Ratio),信号强度(单位为dBm)与系统噪声功
率(单位为dBm)的相减值即为信号噪声比,数学式为:
匹配因素
频谱分析仪是对无线电信号进行测量的*手段,是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具。因此,应用十分广泛,被称为的射频万用表。
传统产品
传统的频谱分析仪的**电路是一定带宽内可调谐的接收机,输入信号经变频器变频后由低通滤器输出,滤波输出作为垂直分量,频率作为水平分量,在示波器屏幕上绘出坐标图,就是输入信号的频谱图。由于变频器可以达到很宽的频率,例如30Hz-30GHz,与外部混频器配合,可扩展到100GHz以上,频谱分析仪是频率覆盖宽的测量仪器。无论测量连续信号或调制信号,频谱分析仪都是很理想的测量工具。但是,传统的频谱分析仪也有明显的缺点,它只能测量频率的幅度,缺少相位信息,因此属于标量仪器而不是矢量仪器。
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