頻譜分析儀講ppt課件(已修改)
2025-05-16 18:04 本頁面
【正文】 頻譜分析儀 主要內(nèi)容 ? 介紹頻譜分析儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 ? 介紹頻譜分析儀主要參數(shù)的設(shè)置 ? 闡述頻譜分析儀的主要測量應(yīng)用 ? 簡述注意事項 8563A SPECTRUM ANALYZER 9 kHz GHz 要達到的學(xué)習(xí)目標(biāo) ? 了解頻譜分析儀結(jié)構(gòu)原理 ? 熟練應(yīng)用頻譜分析儀 ? 合理設(shè)置頻譜分析儀主要參數(shù) ? 降低測試誤差 頻域和時域的概念 時域：是信號在時間軸上顯示的波形 頻域：是在頻率軸上顯示信號所包含的頻率 t u f u 頻域和時域 ? 傅立葉變換原理告訴我們：任何時域內(nèi)電信號都是由一個或多個不同頻率、不同幅度和不同相位的正弦波或余弦波組成的，但應(yīng)用示波器無法觀察到頻域內(nèi)信息，只能在時域內(nèi)觀察到信號波形； ? 應(yīng)用頻譜分析儀在頻域測量，就能顯示出信號所包含的所有正弦波或余弦波的頻率分量； 幅度 (功率 ) 時域測量 頻域測量 t U 時域 f0 3f0 f 頻域 ?上圖是信號在時域和頻域內(nèi)觀察的結(jié)果，由此可以清楚看出信號在時域得到的是信號的波形信息，不能分析頻率分量。 如果存在干擾或諧波失真信號，在時域上無法區(qū)分。 ?在頻域上可以準(zhǔn)確地測量有用信號和無用信號的各種參數(shù)。這就是頻域觀察的必要性。 頻域觀察的必要性 2 頻譜分析儀結(jié)構(gòu)及原理 頻譜分析儀的類型 1. 譜分析儀主要有超外差式頻譜分析儀 2. 快速傅立葉變換（ FFT）頻譜分析儀： 被分析的信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣，變成離散信號，采樣值被保存在一個存儲器中，經(jīng)過離散 FFT變換計算，計算出信號的頻譜。 FFT分析儀僅適合測量低頻信號。 超外差頻譜分析儀 這種頻譜分析儀，首先輸入信號與連續(xù)掃頻本振進行混頻，再與固定本振混頻變到中頻 ，經(jīng)過可變增益放大器中頻濾波器，再經(jīng)一個可變增益放大器（或?qū)?shù)放大器）經(jīng)過檢波視頻濾波顯示在顯示屏上的頻率軸上。超外差頻譜分析儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖 濾波器 頻率基準(zhǔn) 對數(shù) 放大器 RF 輸入 衰減器 混頻器 IF 濾波器 包絡(luò)檢 波器 視頻 濾波器 本地 振蕩器 掃頻 發(fā)生 器 IF 增益 輸入 顯示 IF 增益 t/f 輸入信號與本振混頻經(jīng)中頻濾波顯示在屏幕上 f2 f1 f3 fin flo IF=flofin IF t1/f1 t2/f2 t3/f3 混頻 濾波 f f 屏幕顯示 檢波 t1 t2 t3 PUVU P0000 0 0 0( ) ( 1 c o s ) sin11sin sin ( ) sin ( )22MMMUu t U t tUU t U t U t?? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ?f1 f2 f3 (f f2, f3) (f1, f f3) (f1, f f3) L1 L2 L3 ? （ 1）射頻輸入部分（前端） ? 在電信領(lǐng)域中應(yīng)用的測量儀器的輸入要求一樣，頻譜分析儀通常采用的輸入阻抗 50歐姆。為了能在輸入阻抗的系統(tǒng)中應(yīng)用，如有線電視、廣播系統(tǒng)中，比輸入阻抗應(yīng)用更為廣泛，在這樣的系統(tǒng)中用頻譜分析儀進行測試時，通常 需要一個的阻抗變換器，否則，會由于不匹配造成的測量誤差。 ? 實現(xiàn)轉(zhuǎn)換最簡單的方法是串一個的阻抗。雖然后者的插入損耗低（大約 ），但只是輸入的匹配，而輸出到頻譜儀的射頻連接卻處于失配，如圖（ ） a所示。頻譜儀的輸入阻抗偏離了，由于多徑反射會造成測量誤差。為此，建議使用兩端都匹配的衰減器（如或衰減器），如圖（ ） b所示，在這種情況下，會造成高的插入損耗。 匹配 （ 2）低通濾波器 低通濾波器的主要作用是抑制鏡像頻率。 LO RF IF 鏡像 為了保證接收有用信號的質(zhì)量，需在射頻混頻器前加入濾波器來抑制鏡像頻率。信號帶寬窄采用低中頻模式比較容易處理。見下圖： ~ 本振 混頻 低通 衰減 帶通 混頻： 信號 鏡像 中頻 低通 △ fI 本振 finmin fimmin fLmin 低中頻模式： △ fI △ fI fL fim fin fI △ fI △ fI △ fI △ fI △ fI fL fin fim 當(dāng)輸入信號頻帶很寬時，采用低中頻混頻模式，鏡像與信號重疊。低通濾波器不能將鏡像噪聲濾除，中頻將疊加鏡像噪聲。解決這個問題的方法是采用比信號高的中頻方案。見下頁： 低中頻模式不能抑制鏡像 采用高中頻模式將信號與鏡像分開 輸入信號 本振 鏡像 中頻 fI fin min fin max fLmin fLmax fimmin △ fI △ fI △ fI △ fI 高中頻模式可以抑制鏡像 （ 3）衰減器 衰減器主要有三個作用 1. 保護頻譜儀不受損壞：測量高電平信號時，為了不燒壞頻譜分析儀，必須對信號進行衰減； 2. 提高測試的準(zhǔn)確性：混頻器是非線性器件，當(dāng)混頻器輸入信號電平較高時，輸出信號電平超過混頻器 1dB壓縮點電平，使無互調(diào)范圍減小，輸出會產(chǎn)生三階五階互調(diào)和諧波失真。測試結(jié)果會不準(zhǔn)確。 3. 提高頻譜儀動態(tài)范圍：通過設(shè)置步進衰減器調(diào)節(jié)進入混頻器的電平，可以得到較大的動態(tài)范圍 （ 3）混頻器 ? 混頻器的作用就是將輸入高頻信號轉(zhuǎn)換成中頻信號，由于混頻器是非線性器件，輸出會有很多頻率成分 ： 但我們需要的是 ? 混頻方式有兩種：本振的基波混頻和諧波混頻，基波混頻是輸入信號與本振基波混頻，而諧波混頻是信號與本振信號的諧波混頻。 ? 諧波混頻會造成相對高的轉(zhuǎn)換損耗。 ? 混頻器對輸入 RF小信號而言是線性網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)輸入信號幅度逐漸增大時，就存在著非線性失真問題，所以輸入信號的幅值應(yīng)低于頻譜分析儀混頻器的 1dB壓縮點。 fmf LORF n? ff RFLO?RF LO IF 已 調(diào) 中 頻 I f本 地 振 蕩 器L O濾 波 器B P F射 頻 輸 出 R F圖 4 1 7 上 變 頻 器上變頻是一個非線性過程。變頻器的輸入 /輸出特性可以用臺勞級數(shù)來描述： V0（ t） =a0+a1x+a2x2+a3x3+。 （ 1） u1=Um1cosω
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