頻譜分析儀的工作原理和使用方法(編輯修改稿)
2024-09-01 18:11 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。兩個(gè)幅度相差 60dB的不等幅度信號(hào)的頻率間隔至少是60dB帶寬一半的情況下才能分辨出小信號(hào)，因此選擇性是分辨不等幅信號(hào)的關(guān)鍵參數(shù)。 選擇性 3 d B6 0 d B6 0 d BBW6 0 d B B W3 d B B W3 d B B WSe l e c ti v i ty = 選擇性 10 kH zR B W = 1 0 kH zR B W = 1 kH zS e l ect i v i t y 15: 110 kH z失真產(chǎn)物60 dB B W = 15 kH z kH z3 dB60 dB 選擇性 ? 實(shí)際上，形狀因子表明濾波器特性曲線(xiàn)偏離矩形的程度，也表示它具有排除下邊較小干擾信號(hào)或噪聲的能力。波形因子越小，曲線(xiàn)越接近矩形，顯示出的譜線(xiàn)下端越清晰， 60dB帶寬也是能否分辨大譜線(xiàn)近旁的小譜線(xiàn)的決定因素，位于 60dB帶寬以?xún)?nèi)的小譜線(xiàn)顯然會(huì)被曲線(xiàn)的“下擺”部分掩蓋。 ? 老式的頻譜儀中頻濾波器的選擇性為 25:1。現(xiàn)代頻譜儀中所設(shè)計(jì)的模擬濾波器采用同步調(diào)諧式，具有 4個(gè)以上的極點(diǎn)，幅頻特性呈高斯分布，高質(zhì)量的頻譜儀其選擇性可以達(dá)到 15:1~11:1。 選擇性 DIGI TA L FIL T ERA N A L OG FI L T ERS P A N 3 kH zR E S B W 1 0 0 H z典型選擇性模擬 15 :1數(shù)字 5:1 剩余調(diào)頻 ? 頻譜儀本振穩(wěn)定度是影響分辨力進(jìn)一步提高。本振的短期不穩(wěn)定度表現(xiàn)為剩余調(diào)頻。，典型的頻譜儀其剩余調(diào)頻可以達(dá)到：開(kāi)環(huán)本振為1kHz，鎖頻本振為 30Hz，合成本振 1Hz。 剩余調(diào)頻 剩余調(diào)頻“ 涂抹 ” 了信號(hào) 剩余調(diào)頻 噪聲邊帶能擬制不平衡信號(hào)的分辨相位噪聲 邊帶噪聲 (相位噪聲 ) ? 邊帶噪聲影響到近端 (對(duì)載波而言 )低電平信號(hào)的分辨。 ? 相位噪聲被規(guī)定為低于載波 dBc或 dB，只有當(dāng)一個(gè)信號(hào)離系統(tǒng)噪聲本底足夠高時(shí)才能被顯示。 ? 由于系統(tǒng)相位噪聲曲線(xiàn)實(shí)際上覆蓋了一個(gè)較小的信號(hào)，因此頻譜儀上還是不能顯示出另一個(gè)小信號(hào)。 ? 相位噪聲指標(biāo)被歸一化到 1Hz帶寬。因此如果我們需要測(cè)量一個(gè)離開(kāi)載波 10kHz、比載波低 50dB的信號(hào)，RBW為 1kHz，我們就要求頻譜儀系統(tǒng)本身的相噪指標(biāo)為偏離載波 10kHz,相噪為 80dBc/Hz。因?yàn)橛玫仁?50dBc[10log(1kHz/1Hz)]=5030=80dBc。將50dBc/1kHz RBW歸一化到 80dBc/1Hz。 自適應(yīng)關(guān)系 ? 上面分析的分辨力帶寬都是指在電路處于穩(wěn)態(tài)情況下的指標(biāo)，但是針對(duì)頻譜儀使用的實(shí)際情況還有一個(gè)很重要的因素影響到頻譜儀的有效分辨力，這就是頻譜儀的掃描時(shí)間。 ? 如果頻率變化率（即掃描速度）太快，某頻率分量尚未達(dá)到穩(wěn)定的幅度值，便變成了另一個(gè)頻率，以至在各個(gè)頻率上都達(dá)不到應(yīng)有的幅度，輸出波形比起中頻濾波器的曲線(xiàn)（亦即在慢速掃頻時(shí)的顯示）有明顯的壓低，展寬和滯后（如圖所示）。 ? 分辨力：分辨力帶寬決定了測(cè)量時(shí)間。 自適應(yīng)關(guān)系 動(dòng)態(tài)范圍 ? 動(dòng)態(tài)范圍是頻譜儀在測(cè)量信號(hào)幅度方面的一個(gè)主要技術(shù)性能，它的定義是在給定的測(cè)量精度的條件下，頻譜儀能夠測(cè)量的同時(shí)存在于輸入端的最大信號(hào)與最小信號(hào)之比，它表征了測(cè)量同時(shí)存在的兩個(gè)信號(hào)幅度差的能力。 平均噪聲電平 ? 頻譜分析儀的一個(gè)最主要的用途是探索并測(cè)量低電平信號(hào)，頻譜儀的靈敏度就是它能測(cè)量的最小信號(hào)的度量。理論上一個(gè) 50Ω電阻負(fù)載的熱噪聲功率譜密度為 174dBm。 (其中 ,則電阻的噪聲功率譜密度 )。一個(gè)理想完美的接收機(jī)將不再在熱噪聲功率的基礎(chǔ)上再疊加任何噪聲功率，根據(jù)接收機(jī)理論，最小可測(cè)量的信號(hào)電平由下式?jīng)Q定。 ? 式中 :fdB整機(jī)噪聲系數(shù) 。 ? B接收機(jī) 3dB帶寬 (以 Hz為單位 ) Bf d Bd B mP in l o g101 7 4 ???? 視頻帶寬 (VBW) ? 視頻帶寬 (VBW)不影響頻譜分析儀的頻率分辨力，也不能改進(jìn)靈敏度，但是它可以改善低信 /噪比測(cè)量的鑒別性和重復(fù)性。 ? 靈敏度 /顯示平均噪聲電平值：視頻寬帶 視頻帶寬 (VBW) 視頻帶寬 (VBW) ? 一般視頻帶寬 (VBW)應(yīng)該 (~)分辨力帶寬 (RBW)。 ? 從公式可以看出，靈敏度主要受限于整機(jī)的噪聲系數(shù)和頻譜儀的中頻帶寬，該噪聲主要是中頻放大器的中頻濾波器中頻帶寬內(nèi)的噪聲能量，因此最低的顯示噪聲平均電平對(duì)應(yīng)于最窄的分辨力帶寬。 ? 頻譜分析儀的最佳靈敏度應(yīng)該是在最窄的分辨力帶寬，最小的輸入射頻衰減器設(shè)置，以及用足夠的視頻濾波器帶寬的情況下獲得的。 信號(hào) /失真 ? 任何非線(xiàn)性器件都有失真現(xiàn)象，由于頻譜儀中的混頻器是一個(gè)非線(xiàn)性器件，它的輸出除了包含所需的中頻分量外，它們將產(chǎn)生內(nèi)部失真。 失真度失真產(chǎn)物的增加被視為基波功率的函數(shù)S e c o n d O r d e r : 2 d B / d B o f F u n d a me n t a lT h i r d O r d e r : 3 d B / d B o f F u n d a me n t a l3f 2f 3fP o w e ri n d B2f f2f f1 2 1 2P o w e ri n d B332 12f fTw o T on e I nt erm odH arm o ni c D i st ort i onT h i r d o r d e r d i s t o r t i o nS e c o n d o r d e r d i s t o r t i o n 信號(hào) /噪聲 ? 與失真圖相似，我們也可以畫(huà)出一張信號(hào) /噪聲比與輸入功率之間的關(guān)系曲線(xiàn)圖。頻譜儀的最大動(dòng)態(tài)范圍發(fā)生在最大可能的信號(hào)電平處。 ? 與失真圖相似，我們也可以畫(huà)出一張信號(hào) /噪聲比與輸入功
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