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頻譜分析儀
頻譜分析儀
系統(tǒng)主要的功能是在頻域里顯示輸入信號(hào)的頻譜特性.頻譜分析儀依信號(hào)處理方式的不同,一般有兩種類型;即時(shí)頻譜分析儀（Real-Time Spectrum Analyzer）與掃描調(diào)諧（Sweep-Tuned Spectrum Analyzer）.即時(shí)頻率分析儀的功能為在同一瞬間顯示頻域的信號(hào)振幅,其工作原理是針對不同的頻率信號(hào)而有相對應(yīng)的濾波器與檢知器（Detector）,再經(jīng)由同步的多工掃描器將信號(hào)傳送到CRT螢?zāi)簧?其優(yōu)點(diǎn)是能顯示周期性雜散波（Periodic Random Waves）的瞬間反應(yīng),其缺點(diǎn)是價(jià)昂且性能受限于頻寬范圍,濾波器的數(shù)目與zui大的多工交換時(shí)間（Switching Time）.zui常用的是掃描調(diào)諧,其基本結(jié)構(gòu)類似超外差式接收器,工作原理是輸入信號(hào)經(jīng)衰減器直接外加到混波器,可調(diào)變的本地振蕩器經(jīng)與CRT同步的掃描產(chǎn)生器產(chǎn)生隨時(shí)間作線性變化的振蕩頻率,經(jīng)混波器與輸入信號(hào)混波降頻后的中頻信號(hào)（IF）再放大,濾波與檢波傳送到CRT的垂直方向板,因此在CRT的縱軸顯示信號(hào)振幅與頻率的對應(yīng)關(guān)系.影響信號(hào)反應(yīng)的重要部份為濾波器頻寬,濾波器之特性為高斯濾波器（Gaussian-Shaped Filter）,影響的功能就是量測時(shí)常見到的解析頻寬（RBW,ResolutionBandwidth）.RBW代表兩個(gè)不同頻率的信號(hào)能夠被清楚的分辨出來的zui低頻寬差異,兩個(gè)不同頻率的信號(hào)頻寬如低于的RBW,此時(shí)該兩信號(hào)將重疊,難以分辨,較低的RBW固然有助於不同頻率信號(hào)的分辨與量測,低的RBW將濾除較高頻率的信號(hào)成份,導(dǎo)致信號(hào)顯示時(shí)產(chǎn)生失真,失真值與設(shè)定的RBW密切相關(guān),較高的RBW固然有助於寬頻帶信號(hào)的偵測,將增加雜訊底層值（Noise Floor）,降低量測靈敏度,對於偵測低強(qiáng)度的信號(hào)易產(chǎn)生阻礙,因此適當(dāng)?shù)腞BW寬度是正確使用重要的概念.
一般維修者不使用，一是他的價(jià)格較高,，二是操作較為復(fù)雜,。需要配合信號(hào)發(fā)生器。但使用起來很方便的可以查找故障,。
[編輯本段]的原理
的工作原理
架構(gòu)猶如時(shí)域用途的示波器,，外觀如圖1.2 所示，面板上布建許多功能控制按鍵,，作為系統(tǒng)功能之調(diào)整與控制,，系統(tǒng)主要的功能是在頻域里顯示輸入信號(hào)的頻譜特性。依信號(hào)處理方式的不同,，一般有兩種類型,；實(shí)時(shí)（Real-Time Spectrum Analyzer）與掃瞄調(diào)諧（Sweep-Tuned Spectrum Analyzer）。實(shí)時(shí)頻率分析儀的功能為在同一瞬間顯示頻域的信號(hào)振幅,，其工作原理是針對不同的頻率信號(hào)而有相對應(yīng)的濾波器與檢知器（Detector）,，再經(jīng)由同步的多任務(wù)掃瞄器將信號(hào)傳送到CRT 屏幕上，其優(yōu)點(diǎn)是能顯示周期性雜散波（PeriodicRandom Waves）的瞬間反應(yīng),，其缺點(diǎn)是價(jià)昂且性能受限于頻寬范圍,、濾波器的數(shù)目與zui大的多任務(wù)交換時(shí)間（Switching Time）。
zui常用的是掃瞄調(diào)諧,，其基本結(jié)構(gòu)類似超外差式接收器,，工作原理是輸入信號(hào)經(jīng)衰減器直接外加到混波器，可調(diào)變的本地振蕩器經(jīng)與CRT 同步的掃瞄產(chǎn)生器產(chǎn)生隨時(shí)間作線性變化的振蕩頻率,，經(jīng)混波器與輸入信號(hào)混波降頻后的中頻信號(hào)（IF）再放大,、濾波與檢波傳送到CRT 的垂直方向板，因此在CRT 的縱軸顯示信號(hào)振幅與頻率的對應(yīng)關(guān)系,，信號(hào)流程架構(gòu)如圖1.3 所示,。
影響信號(hào)反應(yīng)的重要部份為濾波器頻寬，濾波器之特性為高斯濾波器（Gaussian-Shaped Filter）,，影響的功能就是量測時(shí)常見到的解析頻寬（RBW,， Resolution Bandwidth）。RBW 代表兩個(gè)不同頻率的信號(hào)能夠被清楚的分辨出來的zui低頻寬差異,，兩個(gè)不同頻率的信號(hào)頻寬如低于的RBW,，此時(shí)該兩信號(hào)將重迭,，難以分辨，較低的RBW 固然有助于不同頻率信號(hào)的分辨與量測,，低的RBW 將濾除較高頻率的信號(hào)成份，導(dǎo)致信號(hào)顯示時(shí)產(chǎn)生失真,，失真值與設(shè)定的RBW 密切相關(guān),，較高的RBW 固然有助于寬帶帶信號(hào)的偵測，將增加噪聲底層值（Noise Floor）,，降低量測靈敏度,，對于偵測低強(qiáng)度的信號(hào)易產(chǎn)生阻礙，因此適當(dāng)?shù)腞BW 寬度是正確使用重要的概念,。
圖1.2：的外觀
另外的視頻頻寬（VBW,，Video Bandwidth）代表單一信號(hào)顯示在屏幕所需的zui低頻寬。如前所說明,，量測信號(hào)時(shí),，視頻頻寬過與不及均非適宜，都將造成量測的困擾,，如何調(diào)整必須加以了解,。通常RBW 的頻寬大于等于VBW，調(diào)整RBW 而信號(hào)振幅并無產(chǎn)生明顯的變化,，此時(shí)之RBW 頻寬即可加以采用,。量測RF 視頻載波時(shí)，信號(hào)經(jīng)設(shè)備內(nèi)部的混波器降頻后再加以放大,、濾波（RBW 決定）及檢波顯示等流程,，若掃描太快，RBW 濾波器將無法*充電到信號(hào)的振幅峰值,，因此必須維持足夠的掃描時(shí)間,，而RBW 的寬度與掃描時(shí)間呈互動(dòng)關(guān)系，RBW 較大,，掃描時(shí)間也較快,，反之亦然，RBW 適當(dāng)寬度的選擇因而顯現(xiàn)其重要性,。較寬的RBW 較能充分地反應(yīng)輸入信號(hào)的波形與振幅,，但較低的RBW 將能區(qū)別不同頻率的信號(hào)。例如使用于6MHz 頻寬視訊頻道的量測,，經(jīng)驗(yàn)得知,，RBW 為300kHz 與3MHz 時(shí)，載波振幅峰值并不產(chǎn)生顯著變化,，量測6MHz的視頻信號(hào)通常選用300kHz 的RBW 以降低噪聲,。天線信號(hào)量測時(shí),，的展頻（Span）使用100MHz，獲得較寬廣的信號(hào)頻譜需求,，RBW使用3MHz,。這些的量測參數(shù)并非一成不變，將會(huì)依現(xiàn)場狀況及過去量測的經(jīng)驗(yàn)加以調(diào)整,。
1.分析的訊息處理過程
在量測高頻信號(hào)時(shí),，外差式的混波以后的中頻因放大之故，能得到較高的靈敏度,，且改變中頻濾波器的頻帶寬度,，能容易地改變頻率的分辨率，但由于超外差式的是在頻帶內(nèi)掃瞄之故,，因此,，除非使掃瞄時(shí)間趨近于零，無法得到輸入信號(hào)的實(shí)時(shí)（Real Time）反應(yīng),，故欲得到與實(shí)時(shí)分析儀的性能一樣的超外差式,，其掃瞄速度要非常之快，若用比中頻濾波器之時(shí)間常數(shù)小的掃瞄時(shí)間來掃瞄的話,，則無法得到信號(hào)正確的振幅,，因此欲提高之頻率分辨率，且要能得到準(zhǔn)確之響應(yīng),，要有適當(dāng)?shù)膾呙樗俣?。由以上之?dāng)⑹觯梢缘弥獠钍綗o法分析瞬時(shí)信號(hào)（TransientSignal）或脈沖信號(hào)（Impulse Signal）的頻譜,，而其主要應(yīng)用則在測試周期性的信號(hào)及其它雜散信號(hào)（Random Signal）的頻譜,。系統(tǒng)內(nèi)部及面板顯示的特性，詳如附錄一的說明,，對該內(nèi)容的了解將有助于的操作使用,。一般本地振蕩器輸出信號(hào)的頻率均高于中頻信號(hào)的頻率，本地振蕩器輸出信號(hào)的頻率可被調(diào)整在諧波之頻率,，亦即ƒIN=n⋅ƒLO±ƒI F n=1, 2, 3.......（2）
由式（2）得知,，的信號(hào)量測范圍，無形中己被拓寬,，低于或高于本地振蕩器或其它諧波頻率的輸入信號(hào),，均能被混波產(chǎn)生中頻。延伸輸入信號(hào)頻率的混波原理如圖1.4 所示,，其中縱軸代表輸入信號(hào)（ƒIN）,，橫軸代表本地振蕩頻率（ƒLO），圖中的正負(fù)整數(shù)代表公式（2）中頻放大器對應(yīng)的正負(fù)號(hào),。
圖1.3：的信號(hào)流程
由圖1.4 可體會(huì)利用本地振蕩的諧波信號(hào)延伸輸入信號(hào)頻率的工作原理,。然而圖1.4 可能對應(yīng)多個(gè)輸入信號(hào)頻率,，為消除此一現(xiàn)象，在衰減器前面加入頻率預(yù)選器（Preselector）,，用來提升的動(dòng)態(tài)范圍,，同時(shí)使輸出的結(jié)果能去除其它不必要的頻率而真正反應(yīng)輸入信號(hào)的頻率。
圖1.4：利用本地振蕩之諧波信號(hào)拓展信號(hào)頻率的原理
由以上得知超外差或無法分析瞬時(shí)信號(hào)（TransientSignal）或脈沖信號(hào)（Impulse Signal）的頻譜,，而其主要應(yīng)用則在測試周期性的信號(hào)及其它隨機(jī)信號(hào)（Random Signal）的頻譜,。
2.噪聲特性
由于電阻的熱敏效應(yīng)，任何設(shè)備均具有噪聲,，亦不例外，的噪聲,，本質(zhì)上是熱噪聲,，屬于隨機(jī)性（Random），它能被放大與衰減,，由于系隨機(jī)性信號(hào),，兩噪聲的結(jié)合只有相加而無法產(chǎn)生相減的效果。在頻帶范圍內(nèi)也相當(dāng)平坦,，其頻寬遠(yuǎn)大于設(shè)備內(nèi)部電路的頻寬,，檢測器檢知的噪聲值與設(shè)定的分辨率頻寬（RBW）有關(guān)。由于噪聲是隨機(jī)性迭加于信號(hào)功率上,，因此顯示的噪聲準(zhǔn)位與分辨率頻寬成對數(shù)的關(guān)系,，改變分辨率頻寬時(shí)噪聲隨之變化，噪聲改變量相關(guān)的數(shù)學(xué)式如下所示：
例如：頻寬從100kHz（BW1）調(diào)整到10kHz（BW2）,，則噪聲改變量為：
亦即降低噪聲量10dB （為原來的1/10）,，相對提高訊號(hào)與噪聲比10dB。由此可知,，純粹要降低噪聲量,，使用zui窄寬度的頻寬將能達(dá)到目的。不論噪聲來之于外部或內(nèi)部產(chǎn)生,，量測時(shí)均將影響信號(hào)振幅的準(zhǔn)確性,，特別在低準(zhǔn)位信號(hào)時(shí)，更是如此,，噪聲太大時(shí),，甚至掩蓋信號(hào)以致無法正確判斷信號(hào)的大小，影響量測質(zhì)量的兩種噪聲可概括為下列三大項(xiàng)：
?。?）.產(chǎn)生于交換功能的數(shù)字電路,、點(diǎn)火系統(tǒng)與DC 馬達(dá)脈沖噪聲，這類噪聲常見于EMI（Electromagnetic Interference）的討論領(lǐng)域里,。
?。?）. 隨機(jī)性噪聲來之于自然界或電路的電子移動(dòng),， 又稱之為KTBW （或稱熱敏）噪聲、Johnson 噪聲,、寬帶噪聲或白氏（White）噪聲等,，本書主要以熱敏噪聲為重點(diǎn)，數(shù)學(xué)式為：
Pn =kTBW ,， （5）
其中： Pn =噪聲功率= 3.98*10−21 瓦/Hz 或-174dB/Hz
k=Boltzman 常數(shù),，1.38*10−23 joule/oK
T=溫度表示的常溫=290 oK
BW=系統(tǒng)的噪聲功率頻寬（Hz）。
在4MHz,、75 Ω ,、290 oK 時(shí)的噪聲功率為-59.1dBm。由噪聲功率得知,，信號(hào)頻寬降低,，系統(tǒng)噪聲功率隨之降低，信號(hào)的質(zhì)量以信號(hào)噪聲比表示
?。⊿NR,；Signal-to-Noise Ratio），信號(hào)強(qiáng)度（單位為dBm）與系統(tǒng)噪聲功
率（單位為dBm）的相減值即為信號(hào)噪聲比,，數(shù)學(xué)式為：
3.匹配因素
量測設(shè)備的輸入阻抗有時(shí)無法匹配待測件連接線特性阻抗,，根據(jù)電磁
理論，阻抗匹配時(shí),，輸出功率zui大且沒有其它不良的副作用,，而阻抗不匹
配，將造成信號(hào)反射,，影響系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定與造成信號(hào)功率的損失,。信號(hào)
在傳輸在線往返傳送將產(chǎn)生駐波及噪聲，進(jìn)而影響接收端的信號(hào)質(zhì)量與量
測值的準(zhǔn)確性,。量測設(shè)備輸入阻抗與待測件組抗不匹配之缺點(diǎn)可規(guī)納為：
A.信號(hào)反射,，傳輸纜在線產(chǎn)生駐波。
B.噪聲增大,。
C.降低信號(hào)輸出功率,。
D.影響系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定。
E.影響量測值之準(zhǔn)確度,。
的使用
一,、 什么是在頻域內(nèi)分析信號(hào)的圖示測試儀。以圖形方式顯示信號(hào)幅度按頻率的分布,，即X軸表示頻率,，Y軸表示信號(hào)幅度。
二,、 原理：用窄帶帶通濾波器對信號(hào)進(jìn)行選通,。
三,、 主要功能：顯示被測信號(hào)的頻譜、幅度,、頻率,。可以全景顯示,，也可以選定帶寬測試,。
四、 測量機(jī)制：
1,、 把被測信號(hào)與儀器內(nèi)的基準(zhǔn)頻率,、基準(zhǔn)電平進(jìn)行對比。因?yàn)樵S多測量的本質(zhì)都是電平測試,，如載波電平,、A/V、頻響,、C/N、CSO,、CTB,、HM、CM以及數(shù)字頻道平均功率等,。
2,、 波形分析：通過107選件和相應(yīng)的分析軟件，對電視的行波形進(jìn)行分析,，從而測試視頻指標(biāo),。如DG、DP,、CLDI,、調(diào)制深度、頻偏等,。
五,、 操作：
（一） 硬鍵,、軟鍵和旋鈕：這是儀器的基本操作手段,。
1、 三個(gè)大硬鍵和一個(gè)大旋鈕：大旋鈕的功能由三個(gè)大硬鍵設(shè)定,。按一下頻率硬鍵,，則旋鈕可以微調(diào)儀器顯示的中心頻率；按一下掃描寬度硬鍵,，則旋鈕可以調(diào)節(jié)儀器掃描的頻率寬度,；按一下幅度硬鍵,，則旋鈕可以調(diào)節(jié)信號(hào)幅度。旋動(dòng)旋鈕時(shí),，中心頻率,、掃描寬度（起始、終止頻率）,、和幅度的dB數(shù)同時(shí)顯示在屏幕上,。
2、 軟鍵：在屏幕右邊,，有一排縱向排列的沒有標(biāo)志的按鍵,，它的功能隨項(xiàng)目而變，在屏幕的右側(cè)對應(yīng)于按鍵處顯示什么,，它就是什么按鍵,。
3、 其它硬鍵：儀器狀態(tài)（INSTRUMNT STATE）控制區(qū)有十個(gè)硬鍵：RESET清零,、CANFIG配置,、CAL校準(zhǔn)、AUX CTRL輔助控制,、COPY打印,、MODE模式、SAVE存儲(chǔ),、RECALL調(diào)用,、MEAS/USER測量/用戶自定義、SGL SWP信號(hào)掃描,。光標(biāo)（MARKER）區(qū)有四個(gè)硬鍵：MKR光標(biāo),、MKR 光標(biāo)移動(dòng)、RKR FCTN光標(biāo)功能,、PEAK SEARCH峰值搜索,。控制（CONTRL）區(qū)有六個(gè)硬鍵：SWEEP掃描,、BW帶寬,、TRIG觸發(fā)、AUTO COVPLE自動(dòng)耦合,、TRACE跟蹤,、DISPLAY顯示。在數(shù)字鍵區(qū)有一個(gè)BKSP回退,，數(shù)字鍵區(qū)的右邊是一縱排四個(gè)ENTER確認(rèn)鍵,，同時(shí)也是單位鍵。大旋鈕上面的三個(gè)硬鍵是窗口鍵：ON打開、NEXT下一屏,、ZOOM縮放,。大旋鈕下面的兩個(gè)帶箭頭的鍵STEP配合大旋鈕使用作上調(diào)、下調(diào),。
?。ǘ┹斎牒洼敵鼋涌冢何挥谝黄鹈姘逑逻呉慌拧V IN測視頻指標(biāo)的信號(hào)輸入口,；VOL INTEN是內(nèi)外一套旋鈕控制,、調(diào)節(jié)內(nèi)置喇叭的音量和屏幕亮度；CAL OUT儀器自檢信號(hào)輸出,；300Mhz 29dBmv儀器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出口,；PROBE PWR儀器探針電源；IN 75Ω1M—1.8G測試信號(hào)總輸入口,。
?。ㄈ?測試準(zhǔn)備：
1、限制性保護(hù)：規(guī)定zui高輸入射頻電平和造成*性損壞的zui高電壓值：直流25V,，交流峰峰值100V,。
2、 預(yù)熱：測試須等到OVER COLD消失,。
3,、 自校：使用三個(gè)月，或重要測量前,，要進(jìn)行自校。
4,、 系統(tǒng)測量配置：配置是測量之前把測量的一些參數(shù)輸入進(jìn)去,，省去每次測量都進(jìn)行一次參數(shù)輸入。內(nèi)容：測試項(xiàng)目,、信號(hào)輸入方式（頻率還是頻道）,、顯示單位、制式,、噪聲測量帶寬和取樣點(diǎn),、測CTB、CSO的頻率點(diǎn),、測試行選通等,。配置步驟：按MODE鍵——CABLE TV ANALYZER軟鍵——Setup軟鍵，進(jìn)入設(shè)置狀態(tài),。細(xì)節(jié)為tune config調(diào)諧配置：包括頻率,、頻道、制式,、電平單位,。Analyzer input輸入配置：是否加前置放大器,。Beats setup拍頻設(shè)置、測CTB,、CSO的頻點(diǎn)（頻率偏移CTB FRQ offset,、CSO FRQ offset）。GATING YES NO是否選通測試行,。C/N setup載噪比設(shè)置：頻點(diǎn)（頻率偏移C/N FRQ offset）,、帶寬。