频谱仪使用.doc
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频谱仪使用.doc
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频谱分析仪系统主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性.频谱分析仪依信号处理方式的不同,一般有两种类型;即时频谱分析仪(Real-Time Spectrum Analyzer)与扫描调谐频谱分析仪(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer).即时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅,其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器(Detector),再经由同步的多工扫描器将信号传送到CRT萤幕上,其优点是能显示周期性杂散波(Periodic Random Waves)的瞬间反应,其缺点是价昂且性能受限於频宽范围,滤波器的数目与最大的多工交换时间(Switching Time).最常用的频谱分析仪是扫描调谐频谱分析仪,其基本结构类似超外差式接收器,工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混波器,可调变的本地振荡器经与CRT同步的扫描产生器产生随时间作线性变化的振荡频率,经混波器与输入信号混波降频后的中频信号(IF)再放大,滤波与检波传送到CRT的垂直方向板,因此在CRT的纵轴显示信号振幅与频率的对应关系.影响信号反应的重要部份为滤波器频宽,滤波器之特性为高斯滤波器(Gaussian-Shaped Filter),影响的功能就是量测时常见到的解析频宽(RBW,ResolutionBandwidth).RBW代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的最低频宽差异,两个不同频率的信号频宽如低於频谱分析仪的RBW,此时该两信号将重叠,难以分辨,较低的RBW固然有助於不同频率信号的分辨与量测,低的RBW将滤除较高频率的信号成份,导致信号显示时产生失真,失真值与设定的RBW密切相关,较高的RBW固然有助於宽频带信号的侦测,将增加杂讯底层值(Noise Floor),降低量测灵敏度,对於侦测低强度的信号易产生阻碍,因此适当的RBW宽度是正确使用频谱分析仪重要的概念.
频谱分析仪的使用
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(INSTRUMNTSTATE)控制区有十个硬键:
RESET清零、CANFIG配置、CAL校准、AUXCTRL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、SGLSWP信号扫描。
光标(MARKER)区有四个硬键:
MKR光标、MKR光标移动、RKRFCTN光标功能、PEAKSEARCH峰值搜索。
控制(CONTRL)区有六个硬键:
SWEEP扫描、BW带宽、TRIG触发、AUTOCOVPLE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。
TVIN测视频指标的信号输入口;VOLINTEN是内外一套旋钮控制、调节内置喇叭的音量和屏幕亮度;CALOUT仪器自检信号输出;300Mhz29dBmv仪器标准信号输出口;PROBEPWR仪器探针电源;IN75Ω1M—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永久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OVERCOLD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——CABLETVANALYZER软键——Setup软键,进入设置状态。
细节为tuneconfig调谐配置:
包括频率、频道、制式、电平单位。
Analyzerinput输入配置:
是否加前置放大器。
Beatssetup拍频设置、测CTB、CSO的频点(频率偏移CTBFRQoffset、CSOFRQoffset)。
GATINGYESNO是否选通测试行。
C/Nsetup载噪比设置:
频点(频率偏移C/NFRQoffset)、带宽。
频谱分析仪原理
频谱分析仪基本原理实现框图
频谱分析仪对于信号分析来说是不可少的。
它是利用频率域对信号进行分析、研究,同时也应用于诸多领域,如通讯发射机以及干扰信号的测量,频谱的监测,器件的特性分析等等,各行各业、各个部门对频谱分析仪应用的侧重点也不尽相同。
下面结合我台DSNG卫星移动站的工作特点,就电视信号传输过程中利用频谱分析仪捕捉卫星信标,监控地面站工作状态等方面,简要介绍一下频谱分析仪的工作原理。
科学发展到今天,我们可以用许多方法测量一个信号,不管它是什么信号。
通常所用的最基本的仪器是示波器,观察信号的波形、频率、幅度等。
但信号的变化非常复杂,许多信息是用示波器检测不出来的,如果我们要恢复一个非正弦波信号F,从理论上来说,它是由频率F1、电压V1与频率为F2、电压为V2信号的矢量迭加(见图1)。
从分析手段来说,示波器横轴表示时间,纵轴为电压幅度,曲线是表示随时间变化的电压幅度。
这是时域的测量方法,如果要观察其频率的组成,要用频域法,其横坐标为频率,纵轴为功率幅度。
这样,我们就可以看到在不同频率点上功率幅度的分布,就可以了解这两个(或是多个)信号的频谱。
有了这些单个信号的频谱,我们就能把复杂信号再现、复制出来。
这一点是非常重要的。
对于一个有线电视信号,它包含许多图像和声音信号,其频谱分布非常复杂。
在卫星监测上,能收到多个信道,每个信道都占有一定的频谱成份,每个频率点上都占有一定的带宽。
这些信号都要从频谱分析的角度来得到所需要的参数。
从技术实现来说,目前有两种方法对信号频率进行分析。
其一是对信号进行时域的采集,然后对其进行傅里叶变换,将其转换成频域信号。
我们把这种方法叫作动态信号的分析方法。
特点是比较快,有较高的采样速率,较高的分辨率。
即使是两个信号间隔非常近,用傅立叶变换也可将它们分辨出来。
但由于其分析是用数字采样,所能分析信号的最高频率受其采样速率的影响,限制了对高频的分析。
目前来说,最高的分析频率只是在10MHz或是几十MHz,也就是说其测量范围是从直流到几十MHz。
是矢量分析。
这种分析方法一般用于低频信号的分析,如声音,振动等。
另一方法原理则不同。
它是靠电路的硬件去实现的,而不是通过数学变换。
它通过直接接收,称为超外差接收直接扫描调谐分析仪。
我们叫它为扫描调谐分析仪。
在工作中通常所用的HP-859X系列频谱仪都是此类的分析仪。
其优点是扫描调谐分析法受器件的影响,只要我们把器件频率做得很高,其分析能力就会很强。
目前的工艺水平,器件可达到100GHz,最高甚至可做到325GHz。
其频率范围要比前一种分析方法大很多。
只是在达到较高分辨率时,其分析测量的时间会有所增加。
在实际工作中,无线信号卫星信号的监督,由于其频率很高,都是采用扫描调谐的方式。
它所能给我们的信息没有相位参数,只有幅度、频率。
它是一种标量的分析方法。
另外,这种方法有很高的灵敏度,它受到前端扫描调谐器件的控制,还有很高的动态范围。
下面我们着重介绍一下扫描调谐分析仪的基本原理,从图2中,我们不难看出,它是用超外差接收机的方式来实现频谱分析的。
最基本的核心部分是它的混频器。
基本功能是将被测信号下变至中频21.4MHz,然后在中频上进行处理,得到幅度。
在下变频的过程中,是由本振来实现下变频的。
本振信号是扫描的,本振扫描的范围覆盖了所要分析信号的频率范围。
所以调谐是在本振中进行的。
全部要分析的信号都下变频到中频进行分析并得到谱频。
这与日常所用的电视机、收音机的原理是一样的。
但是有线电视输出信号范围很广,比如有50个频道播放。
这50个信号是同时进入接收机的,其总功率是迭加的。
而所看的电视节目只能是其中之一。
同理,送入频谱仪的输入端口信号是所采集信号的总和,其中包括所要分析的特定信号,所输入到频谱仪的功率是总功率。
由此要引入一个参数-最大烧毁功率。
这一值是1瓦或是+30dBm。
也就是说输入到频谱仪的信号功率总和不能超过1瓦,否则将会烧毁仪器的衰减器和混频器。
例如,我们要监测一个卫星信号,假设其频率为12GHz,其功率可能只有-80dBm左右,这是很小的。
但要知道输入信号是由很多信号迭加组成的,若是在其它某一频率上包括一个很强的信号,即使你没有看到这个大功率信号,若输入信号功率的总和大于1瓦,也是要烧毁频谱仪的,而其中的大功率信号并不是你所要分析的信号。
这是我们在日常工作中需多加小心的,因为更换混频器的费用是很高的。
当然,频谱仪在输入信号时并没有直接将其接入混频器,而是首先接入一个衰减器。
这不会影响最终的测量结果,完全是为了仪表内部的协调,如匹配、最佳工作点等等。
它的衰减值是步进的,为0dB、5dB、10dB,最大为60dB。
还有的频谱仪是不能输入直流的,否则也会损坏器件。
另外,还应注意不能有静电,因为静电的瞬时电压很高,容易把有源器件击穿。
日常工作中把仪表接地就会有很好的效果,当然要有保护接地会更好。
在中频,所有信号的功率幅度值与输入信号的功率是线性关系。
输入信号功率增大,它也增大,反之相同。
所以我们检测中频信号是可行的。
另外,为了有效检测,要有一个内部中频信号放大。
混频器本身有差落衰减,本频和射频混频之后它并不是只有一个单一中频出来,它的中频信号非常丰富,所有这些信号都会从混频器中输出。
在众多的谐波分量中,只对一个中频感兴趣。
这就是前面所说的21.4MHz。
这是在仪器器件中已做好的,用一个带通滤波器把中心频率设在21.4MHz,滤除其它信号,提取21.4MHz的中频信号。
通过中频滤波器输出的信号,才是我们所要检测的信号。
滤波器在工作中有几个因素:
中心频率是21.4MHz,固定不变,其30dB带宽可以改变。
比如对广播信号来说,其带宽一般是几十kHz,若信号带宽是25kHz,中频的带宽一定要大于25kHz。
这样,才能使所有的信号全部进来。
如果太宽,就会混入其它信号;如果太窄,信号才进来一部分,或是低频成份,或是高频成份。
这样信号是解调不出来的。
中频带宽设置根据实际工作的需要来决定的。
当然它会影响其它很多因素,如底噪声、信号解调的失真度等。
经过中频
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