頻譜分析儀的工作原理介紹(編輯修改稿)
2025-07-20 19:18 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 成FF3，兩倍或三倍的多次諧波。若是正好在2F1等處有其它信號(hào)，就會(huì)造成干擾（見(jiàn)圖4下）。 一個(gè)放大器存在以上兩種失真。我們用頻譜儀去測(cè)量這些失真的大小。定義三階交調(diào)失真為載波信號(hào)與失真信號(hào)的功率差。定義諧波失真為載波信號(hào)與某次諧波的功率差。 輸入被測(cè)放大器兩個(gè)信號(hào)FF1+10kHz，然后送入頻譜儀進(jìn)行測(cè)量。用兩個(gè)信號(hào)源通過(guò)混合器再經(jīng)過(guò)衰減器進(jìn)入一個(gè)帶通濾波器，以確保進(jìn)入放大器的信號(hào)只是F1和F1+10kHz，沒(méi)有其它成份。這個(gè)放大器產(chǎn)生交調(diào)失真的值是大于50dB，也就是失真信號(hào)與要放大的信號(hào)之間的差值幅度為50dB。它的二次諧波相差40dB，三次諧波相差50dB（測(cè)量諧波失真要關(guān)閉一個(gè)信號(hào)發(fā)生器的輸出），見(jiàn)圖5。 由于頻譜儀內(nèi)部含有混頻器，其特點(diǎn)是與有源器件放大器一樣的。當(dāng)輸入信號(hào)為兩個(gè)信號(hào)或是點(diǎn)頻信號(hào)時(shí)，這個(gè)混頻器也會(huì)產(chǎn)生以上所述的失真，并在頻譜儀上反應(yīng)出來(lái)，給測(cè)量帶來(lái)誤差。如何把頻譜儀誤差降低變?yōu)榭蓽y(cè)？ 對(duì)于一種測(cè)量，可以使它成為可測(cè)，也可以使它成為不可測(cè)。這完全取決于頻譜儀的設(shè)置。包括對(duì)衰減器、頻率范圍、分辨率帶寬的設(shè)置。 頻譜儀的設(shè)置主要有頻率范圍、分辨率和動(dòng)態(tài)范圍，而動(dòng)態(tài)范圍又會(huì)涉及到最大的輸入功率即燒毀功率，增益壓縮使小于1W的輸入信號(hào)如果超過(guò)線性工作區(qū)也會(huì)有誤差。還有靈敏度。要從以上幾個(gè)主要方面來(lái)考慮頻譜儀對(duì)輸入的信號(hào)是否可測(cè)。 現(xiàn)在來(lái)看第一項(xiàng)參數(shù)頻率范圍。這個(gè)參數(shù)要從兩個(gè)方面看，一是頻率范圍的設(shè)置是否足夠的窄，具有足夠的頻率分辨能力，也就是窄的掃頻寬度（見(jiàn)圖6）。二是頻率范圍是否有足夠的寬度，是否可以測(cè)到二次、三次諧波。 當(dāng)我們用一個(gè)頻譜儀測(cè)量一個(gè)放大器的諧波失真的時(shí)候，若這個(gè)放大器工作點(diǎn)是1GHz，那么它的三次諧波就是3GHz。這就是要考慮頻率范圍的最大可測(cè)寬度。，那么就不能測(cè)量；，當(dāng)然可以測(cè)到它的三次，四次諧波。 第二類指標(biāo)是分辨率。這是頻譜分析儀中非常重要的參數(shù)設(shè)置。分辨率表示當(dāng)要測(cè)量的是F而在F1的附近有另一個(gè)F2（見(jiàn)圖7）。但它們的功率不一樣，這時(shí)看能不能將它們區(qū)分開(kāi)。將這個(gè)中頻帶寬設(shè)置成三種不同的寬度，下面所對(duì)應(yīng)的就是在這一帶寬設(shè)置時(shí)所看到的曲線（顯示線）。很顯然中頻帶寬越窄分辨率越高，中頻帶寬越寬分辨率越低。分辨率帶寬直接影響到小信號(hào)的識(shí)別能力和測(cè)量的結(jié)果。 分辨率實(shí)際上就是分辨兩個(gè)信號(hào)的能力，中頻濾波器的3dB帶寬就是分辨率帶寬（見(jiàn)圖8）。 對(duì)信號(hào)的分辨除了分辨率帶寬會(huì)影響之外，還有一個(gè)參數(shù)，濾波器的形狀因數(shù)（見(jiàn)圖9），即濾波器60dB對(duì)3dB帶寬之比值。形狀因數(shù)越小越接近3dB帶寬。越陡峭就越接近于矩形，這時(shí)分辨能力就越強(qiáng)。所以說(shuō)形狀因數(shù)越小，分辨能力越強(qiáng)。 模擬濾波器一般為15:1或是11:1，而數(shù)字濾波器是5:1。對(duì)于一個(gè)信號(hào)的分辨能力還有兩個(gè)因素：剩余調(diào)頻和噪聲邊帶（見(jiàn)圖10)。 剩余調(diào)頻是本振信號(hào)的抖動(dòng)，這是無(wú)法避免的工藝問(wèn)題。這種抖動(dòng)決定了它能分辨信號(hào)間的小頻率范圍。如果兩個(gè)信號(hào)相差頻率是小于這個(gè)抖動(dòng)范圍，那么就無(wú)法把這兩個(gè)信號(hào)分辨出來(lái)。所以剩余調(diào)頻這個(gè)指標(biāo)就決定了頻譜分析儀的最小可分辨的頻率差。 對(duì)于HP859X來(lái)說(shuō)是20Hz，對(duì)于ESA來(lái)講是10Hz。 噪聲邊帶在信號(hào)響應(yīng)基底上表現(xiàn)得不穩(wěn)定，這個(gè)噪聲可能掩蓋近端（靠近載波）的低電平信號(hào)。這個(gè)噪聲是由本振的抖動(dòng)引起的，在頻率域上的體現(xiàn)。這個(gè)邊帶噪聲降低了分辨能力。 對(duì)于頻譜分析儀來(lái)說(shuō)要降低邊帶噪聲是很困難的，這涉及到其壓控振蕩器的制作工藝。而把濾波器的形狀因數(shù)做小是相對(duì)比較容易實(shí)現(xiàn)的。所以我們?cè)u(píng)定一個(gè)頻譜儀的時(shí)候不僅要考慮它的邊帶噪聲，也要考察它的形狀因數(shù)。 對(duì)于HP859X的頻譜儀，當(dāng)分辨率帶寬變得很窄，在300Hz以下時(shí)，其濾波器就自動(dòng)切換到數(shù)字濾波器上。對(duì)于859X的頻譜儀其內(nèi)部的濾波器全是模擬的，沒(méi)有數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波器的測(cè)量速度要高于模擬。 用不同設(shè)置的分辨率帶寬去測(cè)量交調(diào)信號(hào)。如圖11所示。 當(dāng)測(cè)量F1和F1+10kHz（F2）信號(hào)時(shí)，分辨率帶寬BW設(shè)置成10kHz，與兩個(gè)信號(hào)頻率差別是一樣的，這種情況下我們看到的是最外面的曲線，正好將兩個(gè)信號(hào)分開(kāi)。但不太容易分辨，
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