頻譜分析儀的工作原理介紹(編輯修改稿)
2024-07-20 19:18 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 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，就會造成干擾（見圖4下）。 一個放大器存在以上兩種失真。我們用頻譜儀去測量這些失真的大小。定義三階交調(diào)失真為載波信號與失真信號的功率差。定義諧波失真為載波信號與某次諧波的功率差。 輸入被測放大器兩個信號FF1+10kHz，然后送入頻譜儀進(jìn)行測量。用兩個信號源通過混合器再經(jīng)過衰減器進(jìn)入一個帶通濾波器，以確保進(jìn)入放大器的信號只是F1和F1+10kHz，沒有其它成份。這個放大器產(chǎn)生交調(diào)失真的值是大于50dB，也就是失真信號與要放大的信號之間的差值幅度為50dB。它的二次諧波相差40dB，三次諧波相差50dB（測量諧波失真要關(guān)閉一個信號發(fā)生器的輸出），見圖5。 由于頻譜儀內(nèi)部含有混頻器，其特點是與有源器件放大器一樣的。當(dāng)輸入信號為兩個信號或是點頻信號時，這個混頻器也會產(chǎn)生以上所述的失真，并在頻譜儀上反應(yīng)出來，給測量帶來誤差。如何把頻譜儀誤差降低變?yōu)榭蓽y？ 對于一種測量，可以使它成為可測，也可以使它成為不可測。這完全取決于頻譜儀的設(shè)置。包括對衰減器、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、分辨率和動態(tài)范圍，而動態(tài)范圍又會涉及到最大的輸入功率即燒毀功率，增益壓縮使小于1W的輸入信號如果超過線性工作區(qū)也會有誤差。還有靈敏度。要從以上幾個主要方面來考慮頻譜儀對輸入的信號是否可測。 現(xiàn)在來看第一項參數(shù)頻率范圍。這個參數(shù)要從兩個方面看，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（見圖6）。二是頻率范圍是否有足夠的寬度，是否可以測到二次、三次諧波。 當(dāng)我們用一個頻譜儀測量一個放大器的諧波失真的時候，若這個放大器工作點是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寬度。，那么就不能測量；，當(dāng)然可以測到它的三次，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)要測量的是F而在F1的附近有另一個F2（見圖7）。但它們的功率不一樣，這時看能不能將它們區(qū)分開。將這個中頻帶寬設(shè)置成三種不同的寬度，下面所對應(yīng)的就是在這一帶寬設(shè)置時所看到的曲線（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的識別能力和測量的結(jié)果。 分辨率實際上就是分辨兩個信號的能力，中頻濾波器的3dB帶寬就是分辨率帶寬（見圖8）。 對信號的分辨除了分辨率帶寬會影響之外，還有一個參數(shù)，濾波器的形狀因數(shù)（見圖9），即濾波器60dB對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，這時分辨能力就越強。所以說形狀因數(shù)越小，分辨能力越強。 模擬濾波器一般為15:1或是11:1，而數(shù)字濾波器是5:1。對于一個信號的分辨能力還有兩個因素：剩余調(diào)頻和噪聲邊帶（見圖10)。 剩余調(diào)頻是本振信號的抖動，這是無法避免的工藝問題。這種抖動決定了它能分辨信號間的小頻率范圍。如果兩個信號相差頻率是小于這個抖動范圍，那么就無法把這兩個信號分辨出來。所以剩余調(diào)頻這個指標(biāo)就決定了頻譜分析儀的最小可分辨的頻率差。 對于HP859X來說是20Hz，對于ESA來講是10Hz。 噪聲邊帶在信號響應(yīng)基底上表現(xiàn)得不穩(wěn)定，這個噪聲可能掩蓋近端（靠近載波）的低電平信號。這個噪聲是由本振的抖動引起的，在頻率域上的體現(xiàn)。這個邊帶噪聲降低了分辨能力。 對于頻譜分析儀來說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)做小是相對比較容易實現(xiàn)的。所以我們評定一個頻譜儀的時候不僅要考慮它的邊帶噪聲，也要考察它的形狀因數(shù)。 對于HP859X的頻譜儀，當(dāng)分辨率帶寬變得很窄，在300Hz以下時，其濾波器就自動切換到數(shù)字濾波器上。對于859X的頻譜儀其內(nèi)部的濾波器全是模擬的，沒有數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波器的測量速度要高于模擬。 用不同設(shè)置的分辨率帶寬去測量交調(diào)信號。如圖11所示。 當(dāng)測量F1和F1+10kHz（F2）信號時，分辨率帶寬BW設(shè)置成10kHz，與兩個信號頻率差別是一樣的，這種情況下我們看到的是最外面的曲線，正好將兩個信號分開。但不太容易分辨，
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