频谱仪使用.doc

频谱仪使用.doc

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频谱分析仪系统主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性.频谱分析仪依信号处理方式的不同,一般有两种类型;即时频谱分析仪（Real-Time Spectrum Analyzer）与扫描调谐频谱分析仪（Sweep-Tuned Spectrum Analyzer）.即时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅,其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器（Detector）,再经由同步的多工扫描器将信号传送到CRT萤幕上,其优点是能显示周期性杂散波（Periodic Random Waves）的瞬间反应,其缺点是价昂且性能受限於频宽范围,滤波器的数目与最大的多工交换时间（Switching Time）.最常用的频谱分析仪是扫描调谐频谱分析仪,其基本结构类似超外差式接收器,工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混波器,可调变的本地振荡器经与CRT同步的扫描产生器产生随时间作线性变化的振荡频率,经混波器与输入信号混波降频后的中频信号（IF）再放大,滤波与检波传送到CRT的垂直方向板,因此在CRT的纵轴显示信号振幅与频率的对应关系.影响信号反应的重要部份为滤波器频宽,滤波器之特性为高斯滤波器（Gaussian-Shaped Filter）,影响的功能就是量测时常见到的解析频宽（RBW,ResolutionBandwidth）.RBW代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的最低频宽差异,两个不同频率的信号频宽如低於频谱分析仪的RBW,此时该两信号将重叠,难以分辨,较低的RBW固然有助於不同频率信号的分辨与量测,低的RBW将滤除较高频率的信号成份,导致信号显示时产生失真,失真值与设定的RBW密切相关,较高的RBW固然有助於宽频带信号的侦测,将增加杂讯底层值（Noise Floor）,降低量测灵敏度,对於侦测低强度的信号易产生阻碍,因此适当的RBW宽度是正确使用频谱分析仪重要的概念.

频谱分析仪的使用

　　一、什么是频谱分析仪在频域内分析信号的图示测试仪。

以图形方式显示信号幅度按频率的分布，即X轴表示频率，Y轴表示信号幅度。

　　二、原理：

用窄带带通滤波器对信号进行选通。

　　三、主要功能：

显示被测信号的频谱、幅度、频率。

可以全景显示，也可以选定带宽测试。

　　四、测量机制：

 　1、把被测信号与仪器内的基准频率、基准电平进行对比。

因为许多测量的本质都是电平测试，如载波电平、A/V、频响、C/N、CSO、CTB、HM、CM以及数字频道平均功率等。

　　2、波形分析：

通过107选件和相应的分析软件，对电视的行波形进行分析，从而测试视频指标。

如DG、DP、CLDI、调制深度、频偏等。

　　五、操作：

（一）硬键、软键和旋钮：

这是仪器的基本操作手段。

　　1、三个大硬键和一个大旋钮：

大旋钮的功能由三个大硬键设定。

按一下频率硬键，则旋钮可以微调仪器显示的中心频率；按一下扫描宽度硬键，则旋钮可以调节仪器扫描的频率宽度；按一下幅度硬键，则旋钮可以调节信号幅度。

旋动旋钮时，中心频率、扫描宽度（起始、终止频率）、和幅度的dB数同时显示在屏幕上。

　 2、软键：

在屏幕右边，有一排纵向排列的没有标志的按键，它的功能随项目而变，在屏幕的右侧对应于按键处显示什么，它就是什么按键。

　　3、其它硬键：

仪器状态（INSTRUMNTSTATE）控制区有十个硬键：

RESET清零、CANFIG配置、CAL校准、AUXCTRL辅助控制、COPY打印、MODE模式、SAVE存储、RECALL调用、MEAS/USER测量/用户自定义、SGLSWP信号扫描。

光标（MARKER）区有四个硬键：

MKR光标、MKR光标移动、RKRFCTN光标功能、PEAKSEARCH峰值搜索。

控制（CONTRL）区有六个硬键：

SWEEP扫描、BW带宽、TRIG触发、AUTOCOVPLE自动耦合、TRACE跟踪、DISPLAY显示。

在数字键区有一个BKSP回退，数字键区的右边是一纵排四个ENTER确认键，同时也是单位键。

大旋钮上面的三个硬键是窗口键：

ON打开、NEXT下一屏、ZOOM缩放。

大旋钮下面的两个带箭头的键STEP配合大旋钮使用作上调、下调。

（二）输入和输出接口：

位于一起面板下边一排。

TVIN测视频指标的信号输入口；VOLINTEN是内外一套旋钮控制、调节内置喇叭的音量和屏幕亮度；CALOUT仪器自检信号输出；300Mhz29dBmv仪器标准信号输出口；PROBEPWR仪器探针电源；IN75Ω1M—1.8G测试信号总输入口。

　　（三）测试准备：

　　1、限制性保护：

规定最高输入射频电平和造成永久性损坏的最高电压值：

直流25V，交流峰峰值100V。

　　2、预热：

测试须等到OVERCOLD消失。

　　3、自校：

使用三个月，或重要测量前，要进行自校。

　　4、系统测量配置：

配置是测量之前把测量的一些参数输入进去，省去每次测量都进行一次参数输入。

内容：

测试项目、信号输入方式（频率还是频道）、显示单位、制式、噪声测量带宽和取样点、测CTB、CSO的频率点、测试行选通等。

配置步骤：

按MODE键——CABLETVANALYZER软键——Setup软键，进入设置状态。

细节为tuneconfig调谐配置：

包括频率、频道、制式、电平单位。

Analyzerinput输入配置：

是否加前置放大器。

Beatssetup拍频设置、测CTB、CSO的频点（频率偏移CTBFRQoffset、CSOFRQoffset）。

GATINGYESNO是否选通测试行。

C/Nsetup载噪比设置：

频点（频率偏移C/NFRQoffset）、带宽。

频谱分析仪原理

频谱分析仪基本原理实现框图

频谱分析仪对于信号分析来说是不可少的。

它是利用频率域对信号进行分析、研究，同时也应用于诸多领域，如通讯发射机以及干扰信号的测量，频谱的监测，器件的特性分析等等，各行各业、各个部门对频谱分析仪应用的侧重点也不尽相同。

下面结合我台DSNG卫星移动站的工作特点，就电视信号传输过程中利用频谱分析仪捕捉卫星信标，监控地面站工作状态等方面，简要介绍一下频谱分析仪的工作原理。

   科学发展到今天，我们可以用许多方法测量一个信号，不管它是什么信号。

通常所用的最基本的仪器是示波器，观察信号的波形、频率、幅度等。

但信号的变化非常复杂，许多信息是用示波器检测不出来的，如果我们要恢复一个非正弦波信号F，从理论上来说，它是由频率F1、电压V1与频率为F2、电压为V2信号的矢量迭加（见图1）。

从分析手段来说，示波器横轴表示时间，纵轴为电压幅度，曲线是表示随时间变化的电压幅度。

这是时域的测量方法，如果要观察其频率的组成，要用频域法，其横坐标为频率，纵轴为功率幅度。

这样，我们就可以看到在不同频率点上功率幅度的分布，就可以了解这两个（或是多个）信号的频谱。

有了这些单个信号的频谱，我们就能把复杂信号再现、复制出来。

这一点是非常重要的。

   对于一个有线电视信号，它包含许多图像和声音信号，其频谱分布非常复杂。

在卫星监测上，能收到多个信道，每个信道都占有一定的频谱成份，每个频率点上都占有一定的带宽。

这些信号都要从频谱分析的角度来得到所需要的参数。

   从技术实现来说，目前有两种方法对信号频率进行分析。

   其一是对信号进行时域的采集，然后对其进行傅里叶变换，将其转换成频域信号。

我们把这种方法叫作动态信号的分析方法。

特点是比较快，有较高的采样速率，较高的分辨率。

即使是两个信号间隔非常近，用傅立叶变换也可将它们分辨出来。

但由于其分析是用数字采样，所能分析信号的最高频率受其采样速率的影响，限制了对高频的分析。

目前来说，最高的分析频率只是在10MHz或是几十MHz，也就是说其测量范围是从直流到几十MHz。

是矢量分析。

   这种分析方法一般用于低频信号的分析，如声音，振动等。

   另一方法原理则不同。

它是靠电路的硬件去实现的，而不是通过数学变换。

它通过直接接收，称为超外差接收直接扫描调谐分析仪。

我们叫它为扫描调谐分析仪。

   在工作中通常所用的HP-859X系列频谱仪都是此类的分析仪。

其优点是扫描调谐分析法受器件的影响，只要我们把器件频率做得很高，其分析能力就会很强。

目前的工艺水平，器件可达到100GHz，最高甚至可做到325GHz。

其频率范围要比前一种分析方法大很多。

只是在达到较高分辨率时，其分析测量的时间会有所增加。

   在实际工作中，无线信号卫星信号的监督，由于其频率很高，都是采用扫描调谐的方式。

它所能给我们的信息没有相位参数，只有幅度、频率。

它是一种标量的分析方法。

另外，这种方法有很高的灵敏度，它受到前端扫描调谐器件的控制，还有很高的动态范围。

   下面我们着重介绍一下扫描调谐分析仪的基本原理，从图2中，我们不难看出，它是用超外差接收机的方式来实现频谱分析的。

   最基本的核心部分是它的混频器。

基本功能是将被测信号下变至中频21.4MHz，然后在中频上进行处理，得到幅度。

在下变频的过程中，是由本振来实现下变频的。

本振信号是扫描的，本振扫描的范围覆盖了所要分析信号的频率范围。

所以调谐是在本振中进行的。

全部要分析的信号都下变频到中频进行分析并得到谱频。

这与日常所用的电视机、收音机的原理是一样的。

   但是有线电视输出信号范围很广，比如有50个频道播放。

这50个信号是同时进入接收机的，其总功率是迭加的。

而所看的电视节目只能是其中之一。

同理，送入频谱仪的输入端口信号是所采集信号的总和，其中包括所要分析的特定信号，所输入到频谱仪的功率是总功率。

由此要引入一个参数-最大烧毁功率。

这一值是1瓦或是+30dBm。

也就是说输入到频谱仪的信号功率总和不能超过1瓦，否则将会烧毁仪器的衰减器和混频器。

   例如，我们要监测一个卫星信号，假设其频率为12GHz，其功率可能只有-80dBm左右，这是很小的。

但要知道输入信号是由很多信号迭加组成的，若是在其它某一频率上包括一个很强的信号，即使你没有看到这个大功率信号，若输入信号功率的总和大于1瓦，也是要烧毁频谱仪的，而其中的大功率信号并不是你所要分析的信号。

这是我们在日常工作中需多加小心的，因为更换混频器的费用是很高的。

   当然，频谱仪在输入信号时并没有直接将其接入混频器，而是首先接入一个衰减器。

这不会影响最终的测量结果，完全是为了仪表内部的协调，如匹配、最佳工作点等等。

它的衰减值是步进的，为0dB、5dB、10dB，最大为60dB。

   还有的频谱仪是不能输入直流的，否则也会损坏器件。

另外，还应注意不能有静电，因为静电的瞬时电压很高，容易把有源器件击穿。

日常工作中把仪表接地就会有很好的效果，当然要有保护接地会更好。

   在中频，所有信号的功率幅度值与输入信号的功率是线性关系。

输入信号功率增大，它也增大，反之相同。

所以我们检测中频信号是可行的。

另外，为了有效检测，要有一个内部中频信号放大。

混频器本身有差落衰减，本频和射频混频之后它并不是只有一个单一中频出来，它的中频信号非常丰富，所有这些信号都会从混频器中输出。

在众多的谐波分量中，只对一个中频感兴趣。

这就是前面所说的21.4MHz。

这是在仪器器件中已做好的，用一个带通滤波器把中心频率设在21.4MHz，滤除其它信号，提取21.4MHz的中频信号。

通过中频滤波器输出的信号，才是我们所要检测的信号。

   滤波器在工作中有几个因素：

中心频率是21.4MHz，固定不变，其30dB带宽可以改变。

比如对广播信号来说，其带宽一般是几十kHz，若信号带宽是25kHz，中频的带宽一定要大于25kHz。

这样，才能使所有的信号全部进来。

如果太宽，就会混入其它信号；如果太窄，信号才进来一部分，或是低频成份，或是高频成份。

这样信号是解调不出来的。

   中频带宽设置根据实际工作的需要来决定的。

当然它会影响其它很多因素，如底噪声、信号解调的失真度等。

   经过中频