頻譜分析儀使用注意

1、.正確使用頻譜分析儀需注意的幾點(diǎn) 首先，電源對(duì)于頻譜分析儀來(lái)說(shuō)是非常重要的，在給頻譜分析儀加電之前，一定要確保電源接法正確，保證地線可靠接地。頻譜儀配置的是三芯電源線，開(kāi)機(jī)之前，必須將電源線插頭插入標(biāo)準(zhǔn)的三相插座中，不要使用沒(méi)有保護(hù)地的電源線，以防止可能造成的人身傷害。其次，對(duì)信號(hào)進(jìn)行精確測(cè)量前，開(kāi)機(jī)后應(yīng)預(yù)熱三十分鐘，當(dāng)測(cè)試環(huán)境溫度改變35度時(shí)，頻譜儀應(yīng)重新進(jìn)行校準(zhǔn)。三，任何頻譜儀在輸入端口都有一個(gè)允許輸入的最大安全功率，稱為最大輸入電平。如國(guó)產(chǎn)多功能頻譜分析儀av4032要求連續(xù)波輸入信號(hào)的最大功率不能超過(guò)30dbmw（1w），且不允許直流輸入。若輸入信號(hào)值超出了頻譜儀所允許的最大輸入電平值

2、，則會(huì)造成儀器損壞；對(duì)于不允許直流輸入的頻譜儀，若輸入信號(hào)中含有直流成份，則也會(huì)對(duì)頻譜儀造成損傷。一般頻譜儀的最大輸入電平值通常在前面板靠近輸入連接口的地方標(biāo)出。如果頻譜儀不允許信號(hào)中含有直流電壓，當(dāng)測(cè)量帶有直流分量的信號(hào)時(shí)，應(yīng)外接一個(gè)恰當(dāng)數(shù)值的電容器用于隔直流。當(dāng)對(duì)所測(cè)信號(hào)的性質(zhì)不太了解時(shí)，可采用以下的辦法來(lái)保證頻譜分析儀的安全使用：如果有rf功率計(jì)，可以用它來(lái)先測(cè)一下信號(hào)電平，如果沒(méi)有功率計(jì)，則在信號(hào)電纜與頻譜儀的輸入端之間應(yīng)接上一個(gè)一定量值的外部衰減器，頻譜儀應(yīng)選擇最大的射頻衰減和可能的最大基準(zhǔn)電平，并且使用最寬的頻率掃寬（span），保證可能偏出屏幕的信號(hào)可以清晰看見(jiàn)。我們也可以使用示

3、波器、電壓表等儀器來(lái)檢查dc及ac信號(hào)電平。精品.頻譜分析儀的工作原理頻譜分析儀架構(gòu)猶如時(shí)域用途的示波器,外觀如圖1.2所示,面板上布建許多功能控制按鍵,作為系統(tǒng)功能之調(diào)整與控制,系統(tǒng)主要的功能是在頻域里顯示輸入信號(hào)的頻譜特性.頻譜分析儀依信號(hào)處理方式的不同,一般有兩種類型;即時(shí)頻譜分析儀(real-time spectrum analyzer)與掃瞄調(diào)諧頻譜分析儀(sweep-tuned spectrum analyzer).即時(shí)頻率分析儀的功能為在同一瞬間顯示頻域的信號(hào)振幅,其工作原理是針對(duì)不同的頻率信號(hào)而有相對(duì)應(yīng)的濾波器與檢知器 (detector),再經(jīng)由同步的多工掃瞄器將信號(hào)傳送到c

4、rt螢?zāi)簧?其優(yōu)點(diǎn)是能顯示周期性雜散波(periodic random waves)的瞬間反應(yīng),其缺點(diǎn)是價(jià)昂且性能受限於頻寬范圍,濾波器的數(shù)目與最大的多工交換時(shí)間(switching time).最常用的頻譜分析儀是掃瞄調(diào)諧頻譜分析儀,其基本結(jié)構(gòu)類似超外差式接收器,工作原理是輸入信號(hào)經(jīng)衰減器直接外加到混波器,可調(diào)變的本地振蕩器經(jīng)與crt同步的掃瞄產(chǎn)生器產(chǎn)生隨時(shí)間作線性變化的振蕩頻率,經(jīng)混波器與輸入信號(hào)混波降頻后的中頻信號(hào)(if)再放大,濾波與檢波傳送到crt的垂直方向板,因此在crt的縱軸顯示信號(hào)振幅與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系,信號(hào)流程架構(gòu)如圖1.3所示.影響信號(hào)反應(yīng)的重要部份為濾波器頻寬,濾波器之特性

5、為高斯濾波器 (gaussian-shaped filter),影響的功能就是量測(cè)時(shí)常見(jiàn)到的解析頻寬(rbw,resolution bandwidth).rbw代表兩個(gè)不同頻率的信號(hào)能夠被清楚的分辨出來(lái)的最低頻寬差異,兩個(gè)不同頻率的信號(hào)頻寬如低於頻譜分析儀的rbw,此時(shí)該兩信號(hào)將重疊,難以分辨,較低的rbw固然有助於不同頻率信號(hào)的分辨與量測(cè),低的rbw將濾除較高頻率的信號(hào)成份,導(dǎo)致信號(hào)顯示時(shí)產(chǎn)生失真,失真值與設(shè)定的 rbw密切相關(guān),較高的rbw固然有助於寬頻帶信號(hào)的偵測(cè),將增加雜訊底層值(noise floor),降低量測(cè)靈敏度,對(duì)於偵測(cè)低強(qiáng)度的信號(hào)易產(chǎn)生阻礙,因此適當(dāng)?shù)膔bw寬度是正確使用頻

6、譜分析儀重要的概念。 頻譜分析儀對(duì)于信號(hào)分析來(lái)說(shuō)是不可少的。它是利用頻率域?qū)π盘?hào)進(jìn)行分析、研究，同時(shí)也應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，如通訊發(fā)射機(jī)以及干擾信號(hào)的測(cè)量，頻譜的監(jiān)測(cè)，器件的特性分析等等，各行各業(yè)、各個(gè)部門(mén)對(duì)頻譜分析儀應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)也不盡相同。下面結(jié)合我臺(tái)dsng衛(wèi)星移動(dòng)站的工作特點(diǎn)，就電視信號(hào)傳輸過(guò)程中利用頻譜分析儀捕捉衛(wèi)星信標(biāo)，監(jiān)控地面站工作狀態(tài)等方面，簡(jiǎn)要介紹一下頻譜分析儀的工作原理。 科學(xué)發(fā)展到今天，我們可以用許多方法測(cè)量一個(gè)信號(hào)，不管它是什么信號(hào)。通常所用的最基本的儀器是示波器，觀察信號(hào)的波形、頻率、幅度等。但信號(hào)的變化非常復(fù)雜，許多信息是用示波器檢測(cè)不出來(lái)的，如果我們要恢復(fù)一個(gè)非正弦波信號(hào)

7、f，從理論上來(lái)說(shuō)，它是由頻率f1、電壓v1與頻率為f2、電壓為v2信號(hào)的矢量迭加（見(jiàn)圖1）。從分析手段來(lái)說(shuō)，示波器橫軸表示時(shí)間，縱軸為電壓幅度，曲線是表示隨時(shí)間變化的電壓幅度。這是時(shí)域的測(cè)量方法，如果要觀察其頻率的組成，要用頻域法，其橫坐標(biāo)為頻率，縱軸為功率幅度。這樣，我們就可以看到在不同頻率點(diǎn)上功率幅度的分布，就可以了解這兩個(gè)（或是多個(gè)）信號(hào)的頻譜。有了這些單個(gè)信號(hào)的頻譜，我們就能把復(fù)雜信號(hào)再現(xiàn)、復(fù)制出來(lái)。這一點(diǎn)是非常重要 對(duì)于一個(gè)有線電視信號(hào)，它包含許多圖像和聲音信號(hào)，其頻譜分布非常復(fù)雜。在衛(wèi)星監(jiān)測(cè)上，能收到多個(gè)信道，每個(gè)信道都占有一定的頻譜成份，每個(gè)頻率點(diǎn)上都占有一定的帶寬。這些信號(hào)都要

8、從頻譜分析的角度來(lái)得到所需要的參數(shù)。 從技術(shù)實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)，目前有兩種方法對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行分析。 其一是對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域的采集，然后對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換，將其轉(zhuǎn)換成頻域信號(hào)。我們把這種方法叫作動(dòng)態(tài)信號(hào)的分析方法。特點(diǎn)是比較快，有較高的采樣速率，較高的分辨率。即使是兩個(gè)信號(hào)間隔非常近，用傅立葉變換也可將它們分辨出來(lái)。但由于其分析是用數(shù)字采樣，所能分析信號(hào)的最高頻率受其采樣速率的影響，限制了對(duì)高頻的分析。目前來(lái)說(shuō)，最高的分析頻率只是在10mhz或是幾十mhz，也就是說(shuō)其測(cè)量范圍是從直流到幾十mhz。是矢量分析。 這種分析方法一般用于低頻信號(hào)的分析，如聲音，振動(dòng)等。 另一方法原理則不同。它是靠電路的硬件去實(shí)現(xiàn)的

9、，而不是通過(guò)數(shù)學(xué)變換。它通過(guò)直接接收，稱為超外差接收直接掃描調(diào)諧分析儀。我們叫它為掃描調(diào)諧分析儀。 在工作中通常所用的hp-859x系列頻譜儀都是此類的分析儀。其優(yōu)點(diǎn)是掃描調(diào)諧分析法受器件的影響，只要我們把器件頻率做得很高，其分析能力就會(huì)很強(qiáng)。目前的工藝水平，器件可達(dá)到100ghz，最高甚至可做到325ghz。其頻率范圍要比前一種分析方法大很多。只是在達(dá)到較高分辨率時(shí)，其分析測(cè)量的時(shí)間會(huì)有所增加。 在實(shí)際工作中，無(wú)線信號(hào)衛(wèi)星信號(hào)的監(jiān)督，由于其頻率很高，都是采用掃描調(diào)諧的方式。它所能給我們的信息沒(méi)有相位參數(shù)，只有幅度、頻率。它是一種標(biāo)量的分析方法。另外，這種方法有很高的靈敏度，它受到前端掃描調(diào)諧

10、器件的控制，還有很高的動(dòng)態(tài)范圍。 下面我們著重介紹一下掃描調(diào)諧分析儀的基本原理，從圖2中，我們不難看出，它是用超外差接收機(jī)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)頻譜分析的。 最基本的核心部分是它的混頻器?；竟δ苁菍⒈粶y(cè)信號(hào)下變至中頻21.4mhz，然后在中頻上進(jìn)行處理，得到幅度。在下變頻的過(guò)程中，是由本振來(lái)實(shí)現(xiàn)下變頻的。本振信號(hào)是掃描的，本振掃描的范圍覆蓋了所要分析信號(hào)的頻率范圍。所以調(diào)諧是在本振中進(jìn)行的。全部要分析的信號(hào)都下變頻到中頻進(jìn)行分析并得到譜頻。這與日常所用的電視機(jī)、收音機(jī)的原理是一樣的。 但是有線電視輸出信號(hào)范圍很廣，比如有50個(gè)頻道播放。這50個(gè)信號(hào)是同時(shí)進(jìn)入接收機(jī)的，其總功率是迭加的。而所看的電視節(jié)目

11、只能是其中之一。同理，送入頻譜儀的輸入端口信號(hào)是所采集信號(hào)的總和，其中包括所要分析的特定信號(hào)，所輸入到頻譜儀的功率是總功率。由此要引入一個(gè)參數(shù)-最大燒毀功率。這一值是1瓦或是+30dbm。也就是說(shuō)輸入到頻譜儀的信號(hào)功率總和不能超過(guò)1瓦，否則將會(huì)燒毀儀器的衰減器和混頻器。 例如，我們要監(jiān)測(cè)一個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，假設(shè)其頻率為12ghz，其功率可能只有-80dbm左右，這是很小的。但要知道輸入信號(hào)是由很多信號(hào)迭加組成的，若是在其它某一頻率上包括一個(gè)很強(qiáng)的信號(hào)，即使你沒(méi)有看到這個(gè)大功率信號(hào)，若輸入信號(hào)功率的總和大于1瓦，也是要燒毀頻譜儀的，而其中的大功率信號(hào)并不是你所要分析的信號(hào)。這是我們?cè)谌粘９ぷ髦行瓒嗉有?/p>

12、心的，因?yàn)楦鼡Q混頻器的費(fèi)用是很高的。 當(dāng)然，頻譜儀在輸入信號(hào)時(shí)并沒(méi)有直接將其接入混頻器，而是首先接入一個(gè)衰減器。這不會(huì)影響最終的測(cè)量結(jié)果，完全是為了儀表內(nèi)部的協(xié)調(diào)，如匹配、最佳工作點(diǎn)等等。它的衰減值是步進(jìn)的，為0db、5db、10db，最大為60db。 還有的頻譜儀是不能輸入直流的，否則也會(huì)損壞器件。另外，還應(yīng)注意不能有靜電，因?yàn)殪o電的瞬時(shí)電壓很高，容易把有源器件擊穿。日常工作中把儀表接地就會(huì)有很好的效果，當(dāng)然要有保護(hù)接地會(huì)更好。 在中頻，所有信號(hào)的功率幅度值與輸入信號(hào)的功率是線性關(guān)系。輸入信號(hào)功率增大，它也增大，反之相同。所以我們檢測(cè)中頻信號(hào)是可行的。另外，為了有效檢測(cè)，要有一個(gè)內(nèi)部中頻信號(hào)

13、放大?；祛l器本身有差落衰減，本頻和射頻混頻之后它并不是只有一個(gè)單一中頻出來(lái)，它的中頻信號(hào)非常豐富，所有這些信號(hào)都會(huì)從混頻器中輸出。在眾多的諧波分量中，只對(duì)一個(gè)中頻感興趣。這就是前面所說(shuō)的21.4mhz。這是在儀器器件中已做好的，用一個(gè)帶通濾波器把中心頻率設(shè)在 21.4mhz，濾除其它信號(hào)，提取21.4mhz的中頻信號(hào)。通過(guò)中頻濾波器輸出的信號(hào)，才是我們所要檢測(cè)的信號(hào)。 濾波器在工作中有幾個(gè)因素：中心頻率是21.4mhz，固定不變，其30db帶寬可以改變。比如對(duì)廣播信號(hào)來(lái)說(shuō)，其帶寬一般是幾十khz，若信號(hào)帶寬是 25khz，中頻的帶寬一定要大于25khz。這樣，才能使所有的信號(hào)全部進(jìn)來(lái)。如果太寬

14、，就會(huì)混入其它信號(hào)；如果太窄，信號(hào)才進(jìn)來(lái)一部分，或是低頻成份，或是高頻成份。這樣信號(hào)是解調(diào)不出來(lái)的。 中頻帶寬設(shè)置根據(jù)實(shí)際工作的需要來(lái)決定的。當(dāng)然它會(huì)影響其它很多因素，如底噪聲、信號(hào)解調(diào)的失真度等。 經(jīng)過(guò)中頻濾波器的中頻信號(hào)功率就是反應(yīng)了輸入信號(hào)的功率。檢測(cè)的方法就是用一個(gè)檢波器，將它變?yōu)殡妷狠敵?，體現(xiàn)在縱軸的幅度。當(dāng)然還要經(jīng)過(guò)d/a轉(zhuǎn)換和一些數(shù)據(jù)處理，加一些修正和一些對(duì)數(shù)、線性變換。這足以給我們帶來(lái)信號(hào)分析上的許多方便。 頻譜分析是要分析頻域的。一個(gè)信號(hào)要分析兩個(gè)參數(shù)，一是幅度，二是頻率。幅度已經(jīng)得出，而頻率和幅度要對(duì)應(yīng)起來(lái)，在某一頻率是什么幅度。 下面介紹一下頻率是如何測(cè)量的，如何與幅度對(duì)

15、應(yīng)起來(lái)。 其實(shí)很簡(jiǎn)單。它是通過(guò)本振與掃描電壓對(duì)應(yīng)起來(lái)的。本振是一個(gè)壓流振蕩器。本振信號(hào)是個(gè)掃描信號(hào)。掃描控制是由掃描控制器來(lái)完成的。它同時(shí)控制顯示器的橫坐標(biāo)。從左到右當(dāng)掃描電壓在ov時(shí)，在顯示器上是0點(diǎn)，對(duì)本振信號(hào)來(lái)說(shuō)是f1點(diǎn)，即起始頻率點(diǎn)。當(dāng)掃描電壓到10v時(shí)，在顯示器上是終止頻率點(diǎn)，本振電壓就是在終止頻率點(diǎn)，中間是線性的。通過(guò)這樣的方法，使得顯示器坐標(biāo)的每一點(diǎn)與本振f1、f2的每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)起來(lái)（射頻信號(hào)是本振信號(hào)減去中頻信號(hào) 21.4mhz。當(dāng)我們操作頻譜儀進(jìn)行分析時(shí)，實(shí)際是在改變本振信號(hào)的頻率）。 下面簡(jiǎn)單介紹一下用頻譜分析儀來(lái)評(píng)價(jià)發(fā)射機(jī)的方法。先了解一下發(fā)射機(jī)最基本的框圖，見(jiàn)圖3。首先是

16、一個(gè)調(diào)制部分將基帶信號(hào)調(diào)制到中頻信號(hào)，然后將中頻信號(hào)上變頻到射頻信號(hào)上，還有一個(gè)與之相對(duì)的本振信號(hào)，對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行預(yù)放，再進(jìn)行功率放大之后送到天線上發(fā)射。 如何用頻譜儀對(duì)這樣一個(gè)發(fā)射機(jī)進(jìn)行測(cè)量。首先對(duì)它的發(fā)射信號(hào)從測(cè)量端口進(jìn)行測(cè)量（若是把發(fā)射信號(hào)直接送入頻譜儀，必然會(huì)把儀器燒壞）。在這里我們要測(cè)其功放的失真，發(fā)射信號(hào)的頻率、功率。對(duì)發(fā)射機(jī)內(nèi)部預(yù)放失真、增益、噪聲系數(shù)，混頻器的輸出功率，輸入功率進(jìn)行測(cè)量，得到混頻器的差落損耗。對(duì)混頻器的輸出功率進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，了解其工作點(diǎn)。對(duì)混頻器的本振信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，得出本振信號(hào)的輸出頻率，了解其頻率精度。這個(gè)頻率精度也就決定了發(fā)射機(jī)的精度。通過(guò)以上這些測(cè)量，可以

17、得到對(duì)于發(fā)射機(jī)內(nèi)部信號(hào)、器件和輸出信號(hào)的多項(xiàng)參數(shù)，以描述這個(gè)發(fā)射機(jī)的性能。作為通訊的監(jiān)測(cè)，一般不去檢測(cè)其內(nèi)部的器件，只檢測(cè)其頻率、功率。只要這兩項(xiàng)指標(biāo)正常，就可以判定這部發(fā)射機(jī)是正常工作。 了解頻譜儀的功能，必須要考察頻譜儀的內(nèi)部噪聲、失真等等。一個(gè)放大器，要測(cè)它的失真、三階交調(diào)失真和諧波失真。三階交調(diào)失真是當(dāng)對(duì)一個(gè)放大器輸入二個(gè)頻率相近（如差10khz）的信號(hào)，幅度一樣，由于放大器是非線性器件，在對(duì)這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行功率放大時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一些其它信號(hào)，如2f1-f2和2f2- f1，這兩種信號(hào)就是三階交調(diào)失真（見(jiàn)圖4上）。它的特性非常靠近中間的信號(hào)，上面和下面都相差10khz均勻排開(kāi)。假設(shè)這個(gè)信號(hào)

18、的帶寬是20khz，這兩個(gè)交調(diào)失真的信號(hào)肯定會(huì)進(jìn)到信號(hào)的帶寬內(nèi)，對(duì)信號(hào)產(chǎn)生干擾。為了不干擾正常的通訊，我們必須測(cè)量這失真信號(hào)的大小。描述的方法是這失真信號(hào)的幅度與正常的信號(hào)幅度之差，稱之為失真量。另外一種放大器的失真是諧波失真。當(dāng)對(duì)放大器輸入一個(gè)點(diǎn)頻信號(hào)f1，這個(gè)放大器會(huì)造成f2、f3，兩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)f1、f1+10khz，然后送入頻譜儀進(jìn)行測(cè)量。用兩個(gè)信

19、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

20、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。如果頻譜儀

21、是1.8ghz的，那么就不能測(cè)量；如果是26.5ghz的頻譜儀，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f1、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)

22、，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hp-859x來(lái)說(shuō)是20hz，對(duì)于esa來(lái)講是10hz。 噪聲邊帶

23、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hp-859x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

24、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，只是知道是有兩個(gè)信號(hào)存在。我們將bw下調(diào)一級(jí)，變成3khz，圖11中的中間那條曲線，就可以將兩個(gè)信號(hào)分辨得非常清楚。但它的交調(diào)失真還是看不出來(lái)。我們?cè)侔裝w進(jìn)一步降低成為1khz（實(shí)際是提高了分辨率），我們就可以更清晰地看到f1和f2，同時(shí)也看到兩個(gè)失真信號(hào)。 分辨率帶寬降低能提高分辨率，但對(duì)測(cè)量來(lái)說(shuō)分辨率降低會(huì)增加掃描時(shí)間。這時(shí)我們可以對(duì)掃描時(shí)間進(jìn)行人為設(shè)置，加快其掃描速度，提高測(cè)量速度。但是，由于掃描時(shí)間的改變

25、會(huì)造成測(cè)量上的誤差，具體就是頻率升高，而幅度降低（見(jiàn)圖12）。 所以作為一種快速測(cè)量而不要求太高測(cè)量精度時(shí)，可以采用這種方法，但若要較高精度的測(cè)量，必須要使bw與測(cè)量時(shí)間置于自動(dòng)聯(lián)動(dòng)，方可滿足準(zhǔn)確測(cè)量的要求。 頻譜分析儀第三個(gè)重要指標(biāo)-動(dòng)態(tài)范圍。動(dòng)態(tài)范圍表示當(dāng)兩個(gè)信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，測(cè)量其幅度差的能力。影響它的因素有最大輸入功率、非線性工作區(qū)域、1db壓縮點(diǎn)（有時(shí)為0.5db）。 頻譜儀內(nèi)部的混頻器有一定的線性工作區(qū)域，如果超過(guò)線性區(qū)域，輸入功率的變化與輸出功率的變化即呈非線性。輸出功率的變化量比輸入功率的變化量小，造成功率壓縮。如果功率壓縮存在，我們所測(cè)得的功率值就是不準(zhǔn)確的。 那么我們?nèi)绾闻袛?/p>

26、是否存在壓縮呢？可以利用頻譜儀內(nèi)部的衰減器或外接衰減器來(lái)進(jìn)行判斷。將衰減器的衰減量設(shè)置在10db時(shí)，測(cè)量混頻器的輸出功率。再將衰減器的衰減量增加10db，再去測(cè)量混頻器輸出功率也應(yīng)線性地減小10db。若變化量不是10db，只有7或8db，說(shuō)明混頻器已工作在非線性區(qū)域，存在功率壓縮區(qū)。 即使當(dāng)頻譜儀工作在線性區(qū)域的時(shí)候，混頻器仍然產(chǎn)生內(nèi)部失真，因?yàn)樗怯性吹姆蔷€性器件。在最差的情況下，內(nèi)部失真完全可以覆蓋被測(cè)件的失真產(chǎn)物或是外來(lái)的諧波失真。即使當(dāng)內(nèi)部失真低于要測(cè)信號(hào)的失真，也會(huì)引起測(cè)量誤差。因?yàn)楫?dāng)基波信號(hào)進(jìn)入到頻譜儀時(shí)，它同樣會(huì)產(chǎn)生二次和三次諧波。這種失真是由頻譜儀內(nèi)部產(chǎn)生的。這一失真會(huì)與輸入信

27、號(hào)的失真混疊起來(lái)，最后輸出的諧波分量要比真實(shí)的失真高。這就造成了一定的測(cè)量誤差。這要求頻譜儀所產(chǎn)生的內(nèi)部失真要盡量地小，使最后迭加出來(lái)的信號(hào)，趨近于被測(cè)信號(hào)。如何降低頻譜儀內(nèi)部的諧波失真和交調(diào)失真。這可利用失真特性，二次或三次諧波在數(shù)學(xué)公式上都存在這樣的特點(diǎn)，即若存在一個(gè)頻率為f的信號(hào)，其二次諧波為 2f，三次諧波為3f。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)f1、f2存在，其交調(diào)失真有2f1-f2、2f2-f1等等，見(jiàn)圖13。 當(dāng)f信號(hào)功率變化1時(shí)，2f功率會(huì)變化2，它的三次諧波會(huì)變化3。變化量分別是其2倍和3倍。也就是說(shuō)當(dāng)輸入功率降低1db，二次諧波和三次諧波分別會(huì)降低2db和3db。交調(diào)失真是當(dāng)f1、f2分別變化1

28、，2f1-f2和對(duì)應(yīng)的2f2-f1均變化3，這就是其特點(diǎn)。在測(cè)量時(shí)，頻譜分析儀本身產(chǎn)生的二次諧波信號(hào)越高，它測(cè)量的范圍越差。我們用輸入信號(hào)f0的功率值和產(chǎn)生信號(hào)諧波功率值之差來(lái)進(jìn)一步定義動(dòng)態(tài)范圍。凡是被測(cè)信號(hào)落在這一范圍之內(nèi)，都可以測(cè)出。 如何使動(dòng)態(tài)范圍增大（見(jiàn)圖14），我們可以利用上面所說(shuō)的數(shù)學(xué)特性，只要將f0的功率降低1db，2f0會(huì)降低2db。這就使動(dòng)態(tài)范圍增大了1db。若 f0的功率降低10db，其動(dòng)態(tài)范圍也會(huì)隨之增大10db。三次失真的降低速度會(huì)更快。二次諧波和三次諧波的動(dòng)態(tài)范圍是呈線性變化的，只是斜率不一樣。 我們用動(dòng)態(tài)范圍和功率值建立一個(gè)坐標(biāo)系，可以得到圖15的曲線，橫坐標(biāo)實(shí)際是

29、混頻器f0輸入功率值，縱坐標(biāo)就是內(nèi)部失真電平。在動(dòng)態(tài)范圍的圖上劃出由基波產(chǎn)生的二次和三次失真產(chǎn)物與基波信號(hào)的相對(duì)關(guān)系。當(dāng)一個(gè)混頻器f0的功率為0db，它的二次諧波失真信號(hào)的功率是固定的，差值也是固定的?？梢钥闯?，當(dāng)功率降低越低，動(dòng)態(tài)范圍就越大。三次諧波更是如此。由此得出，混頻器輸入的功率越小，其動(dòng)態(tài)范圍就越大。 對(duì)于小信號(hào)的測(cè)量還有一個(gè)影響因素是它的噪聲底。一個(gè)被測(cè)信號(hào)在儀器本身的失真范圍之下是不可測(cè)的，若隱含在儀器本身的噪聲底之下也是無(wú)法檢測(cè)的。那么噪聲底由誰(shuí)來(lái)決定？噪聲底的第一個(gè)因素是衰減量（見(jiàn)圖16）。當(dāng)衰減器的衰減量為10db時(shí)，我們可以看到這些噪聲曲線，同時(shí)看到一個(gè)小信號(hào)。當(dāng)衰減量變

30、成 20db，噪聲底會(huì)抬高10db，小信號(hào)就會(huì)被覆蓋在平均噪聲功率之下，變成不可測(cè)量。所以衰減量會(huì)影響儀器的噪聲底，并降低了信噪比。所以要用盡可能小的輸入衰減以獲得最好的信噪比。 在實(shí)際的測(cè)量中，顯示的信號(hào)電平不會(huì)隨衰減的增加而下降。這是因?yàn)楫?dāng)衰減降低了加到檢波器的信號(hào)電平時(shí)，中頻放大器會(huì)增加10db來(lái)補(bǔ)償這個(gè)損失，這使熒光屏上的信號(hào)幅度保持不變。但噪聲電平被放大、增加了10db。 另一個(gè)因素是中頻濾波器的帶寬（見(jiàn)圖17），帶寬越寬，進(jìn)來(lái)的噪聲越多，功率當(dāng)然也就越高。帶寬降低10倍，噪聲功率也會(huì)降低10倍；帶寬降低100倍，噪聲功率也會(huì)降低100倍。bw從100khz變成10khz，其噪聲平均

31、顯示電平會(huì)降低10db。 所以說(shuō)頻譜儀的噪聲是在一定的分辨帶寬下定義的。廣義上說(shuō)，頻譜分析儀的最低噪聲電平是在最小分辨率帶寬下得到的。 當(dāng)頻譜儀設(shè)置的分辨帶寬以及衰減量固定時(shí)，那么它的噪聲底也就固定了。這時(shí)信號(hào)的檢測(cè)能力也決定了。當(dāng)小信號(hào)低于噪聲底時(shí)就不可測(cè)量，高于噪聲底就變得可測(cè)。這個(gè)測(cè)量范圍就是被測(cè)信號(hào)與噪聲底的比值。信號(hào)若比噪聲底高10db，可測(cè)范圍就是10db。這一信噪比我們置于縱坐標(biāo)上，輸入功率在橫坐標(biāo)上。（見(jiàn)圖18）當(dāng)噪聲底固定的話，假設(shè)把bw設(shè)置在1khz時(shí)，衰減量不變，那么它的噪聲是不變的，這時(shí)設(shè)輸入功率為-40db，信噪比是75db。當(dāng)輸入功率為-30db時(shí)，信噪比為85db

32、。從此看出，信號(hào)的降低，信噪比是降低的 噪聲底對(duì)動(dòng)態(tài)范圍的影響。把信號(hào)對(duì)噪聲和信號(hào)對(duì)失真的曲線置于同一坐標(biāo)系上，橫坐標(biāo)是輸入功率，縱坐標(biāo)是動(dòng)態(tài)范圍（見(jiàn)圖19）。最大的動(dòng)態(tài)范圍處于曲線的交點(diǎn)。這時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生的失真電平等于顯示的平均噪聲電平。 頻譜儀是否產(chǎn)生了失真？我們可以通過(guò)改變衰減器來(lái)判斷。輸入兩個(gè)信號(hào)f1和f1+10k，當(dāng)衰減量增大，混頻器的輸入功率降低，理論上失真也會(huì)降低。如果我們看到這些信號(hào)是降低的話，說(shuō)明失真信號(hào)是頻譜儀內(nèi)部產(chǎn)生的；如果不變，那么它是外來(lái)的信號(hào)（見(jiàn)圖20）。這是因?yàn)樵谡{(diào)節(jié)衰減器的衰減量時(shí)，它后面有一個(gè)放大補(bǔ)償（本文前面曾講過(guò)）。所以頻譜儀顯示的外來(lái)失真信號(hào)是不變的，但自身

33、的失真會(huì)有明顯的變化。這個(gè)方法可簡(jiǎn)單明確的看出頻譜儀是否工作在失真狀態(tài)。 在測(cè)量時(shí)為了使噪聲曲線平滑，在檢波之后，放置了一個(gè)低通濾波器，即視頻濾波器。這就是bw鍵中vbw軟鍵的設(shè)置（見(jiàn)圖21）。它的作用是將檢測(cè)信號(hào)中的高頻部分濾掉，使我們從顯示屏上看到一個(gè)光滑的曲線。這對(duì)小信號(hào)的測(cè)量是非常有效的，它可使讀數(shù)更為穩(wěn)定。 最后談一下靈敏度。簡(jiǎn)單地說(shuō)，靈敏度就是最小可檢測(cè)信號(hào)，定義為在一定分辨帶寬下顯示的平均噪聲電平。精品.“平均”就是足夠窄的視頻帶寬vbw，去平均信號(hào)加噪聲或噪聲（見(jiàn)圖22）。若一信號(hào)的電平等于顯示的平均電平，它將以近似3db突起顯示在平均噪聲電平之上。這一信號(hào)被認(rèn)為是最小的可測(cè)量

34、信號(hào)電平。 如果要使頻譜分析儀得到最好的靈敏度，有以下三個(gè)方法： （1）最窄的分辨率帶寬； （2）最小的輸入衰減； （3）視頻帶寬vbw應(yīng)是分辨率帶寬的百分之一。 但是最好的靈敏度可能與其它測(cè)量設(shè)置有矛盾，如測(cè)量時(shí)間大增，0db的衰減會(huì)增加輸入的駐波比，降低測(cè)量精度?？傊?，頻譜儀的最佳工作狀態(tài)是由諸多因素、參數(shù)決定的，不能片面追求某一指標(biāo)的完美，需統(tǒng)籌考慮，對(duì)本文所述的基本因素和所要作的測(cè)量類型進(jìn)行分析，盡力趨向于完美的組合。如對(duì)小信號(hào)測(cè)量，要提高靈敏度，對(duì)失真測(cè)量要調(diào)節(jié)衰減，同時(shí)要會(huì)判斷頻譜分析儀的工作狀態(tài)等等。這在我們實(shí)際的工作中會(huì)遇到并要細(xì)心實(shí)踐。使用頻譜分析儀的視頻濾波帶寬功能 使用頻

35、譜分析儀的視頻濾波帶寬功能頻譜分析儀用戶可能在沒(méi)有完全了解視頻濾波帶寬（vfb）的情況下，已用過(guò)了這項(xiàng)功能。這項(xiàng)功能用于何處及如何用它得到最理想的結(jié)果，大多數(shù)用戶可能僅有一個(gè)模糊的概念，因此，仍保留著視頻濾波帶寬的缺省設(shè)置，這一設(shè)置可能不是最壞的設(shè)置，但也可能不是最佳設(shè)置。理解視頻濾波帶寬的正確用法，大多數(shù)頻譜分析儀的測(cè)量結(jié)果會(huì)大大地改善。如果視頻濾波帶寬設(shè)置不合造，就會(huì)引起明顯的測(cè)量錯(cuò)誤。因此，了解何時(shí)改變視頻濾波帶寬設(shè)置（即缺省設(shè)置導(dǎo)致故障出現(xiàn)的情況）是很重要的。視頻濾波帶寬的合理設(shè)置能使一個(gè)已經(jīng)不錯(cuò)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)一步改善。精品.頻譜分析儀的視頻濾波電路與電視機(jī)完全不同，更確切地說(shuō)，它指的是

36、分析儀屏幕上顯示的示蹤信息。視頻濾波帶寬指的是用來(lái)放大被測(cè)信號(hào)的電路或?yàn)V波器的帶寬。一個(gè)更準(zhǔn)確的定義是后置檢波器電路，因?yàn)橐曨l濾波器往往在檢測(cè)器之后，而分辨率濾波器（這是為廣大頻譜分析儀用戶所熟知的）則在檢波器之前。一個(gè)較窄的后置檢波器帶寬相當(dāng)于一個(gè)平均電路，因此，視頻濾波器有時(shí)被當(dāng)作是一個(gè)信號(hào)平均器。無(wú)論怎樣描述和使用，都只能理解為視頻濾波帶寬與分辨率帶寬（rb）有關(guān)，否則一個(gè)視頻濾波帶寬值是沒(méi)什么意義的。例如，可以說(shuō)l0khz的視頻濾波帶寬窄，也可以說(shuō)它寬，這要看分辨率濾波器。如果分辨率帶寬濾波器設(shè)為1khz，那么l0khz的視頻濾波帶寬被認(rèn)為是寬的。但是，如果分辨率帶寬設(shè)為lmhz，那么

37、10khz的視頻濾波帶寬被認(rèn)為是窄的。因此，總認(rèn)為視頻濾波帶寬與分辨率帶寬濾波器相關(guān)（是比率的關(guān)系），至于這個(gè)比率為多少，就要看顯示的信號(hào)類型以及要對(duì)此信號(hào)做什么或測(cè)試什么。一個(gè)常見(jiàn)的缺省設(shè)置就是使視頻濾波帶寬與分辨率帶寬相等，其實(shí)分辨率帶寬是單獨(dú)改變的，而視頻濾波帶寬則與分辨率帶寬的設(shè)置有關(guān)。所以，只要缺省的設(shè)置不變，分辨率帶寬的任何變化都會(huì)影響到視頻濾波帶寬，而視頻濾波帶寬的變化則不會(huì)影響分辨率帶寬的設(shè)置。一旦視頻濾波帶寬被單獨(dú)改變，它就不再處于缺省設(shè)置（糯合或自動(dòng)定位），視頻濾波帶寬也不再隨分辨率帶寬的變化而變化。為什么要讓視頻濾波帶寬比分辨率帶寬寬或窄呢?有兩個(gè)不同的因素一個(gè)是滿足特定

38、類型的信號(hào)顯示的需要，另一個(gè)與高級(jí)頻譜分析的過(guò)程有關(guān)。頻譜分析儀用來(lái)測(cè)量三種基本的信號(hào)類型一一正弦波、脈沖和隨機(jī)信號(hào)，如使用碼分多址（cdma）、正交調(diào)幅（qam）或其它隨機(jī)或偽隨機(jī)分布信號(hào)。視頻濾波帶寬的設(shè)置對(duì)于純正弦信號(hào)并不重要，即使當(dāng)視頻濾波帶寬減小而延長(zhǎng)測(cè)量的時(shí)間，顯示的波形都不會(huì)隨視頻濾波帶寬的變化而變化。因此，除非理由合理，使視頻濾波帶寬小于分辨率帶寬并不可取。這個(gè)理由可能是正弦信號(hào)伴有噪聲信號(hào)。此時(shí)，一個(gè)很窄的視頻濾波帶寬會(huì)濾除噪聲并使正弦信號(hào)顯示得更好。通常，測(cè)正弦信號(hào)時(shí)，視頻濾波帶寬最好設(shè)為缺省狀態(tài)。為了得到最精確的測(cè)試結(jié)果和最好的顯示效果，脈沖信號(hào)需要一個(gè)寬的視頻濾波帶寬。

39、一些頻譜分析儀用戶認(rèn)為視頻濾波帶寬與分辨率帶寬之比為3：1就足夠了，有的則要求10：1，筆者認(rèn)為5：1的比例是足夠的。不過(guò)，1：1比率的缺省的設(shè)置的測(cè)量結(jié)果可以接受，大多數(shù)用戶保留了缺省設(shè)置。然而，視頻濾波帶寬應(yīng)與分辨率帶寬去桶，而且應(yīng)設(shè)置得更寬些，以獲得最準(zhǔn)確的頻譜顯示及測(cè)量結(jié)果。隨機(jī)信號(hào)因其不確定性給測(cè)量帶來(lái)了問(wèn)題。頻譜隨每次掃頻而變化。得到一個(gè)穩(wěn)定、重復(fù)顯示的最簡(jiǎn)單的方法，就是使頻譜信號(hào)通過(guò)一個(gè)梧的視頻濾波帶寬來(lái)使其平滑。這里的窄通常指分辨率帶寬與視頻濾波帶寬之比至少是100：1。為使結(jié)果更準(zhǔn)確，這一比率應(yīng)為1000：1或更大。這就意味著當(dāng)分辨率帶寬為10khz時(shí)，視頻濾波帶寬設(shè)在10h

40、z上是正常的。這樣窄的視頻濾波帶寬會(huì)大大增加測(cè)量的時(shí)間，只有在必要的時(shí)候才能用。在測(cè)試中，為了進(jìn)行一個(gè)高精度的測(cè)量過(guò)程，視頻濾波帶寬有時(shí)會(huì)設(shè)得比缺省的設(shè)置更寬或更窄，每種情況都是獨(dú)一無(wú)二的，一般情況下不考慮這種設(shè)置，而且要根據(jù)進(jìn)行何種測(cè)量而定，下面就兩個(gè)例子解釋一下。一個(gè)十分窄的視頻濾波帶寬充當(dāng)一個(gè)平均電路，脈沖信號(hào)的平均值取決于占空比，它是開(kāi)-關(guān)的比率。這樣，1s寬的脈沖信號(hào)在1khz的脈沖重復(fù)頻率（prf）時(shí)占空比為1000：1，平均值將低于峰值201g(1000)=60db。另一個(gè)不同的脈沖信號(hào)的例子是一個(gè)較寬的視頻濾波帶寬設(shè)置。在這里，我們感興趣的是顯示并測(cè)量調(diào)制脈沖信息。這是在頻譜分

41、析儀的零檔模式下測(cè)量，在這種模式下，分析儀只設(shè)一個(gè)跨躍整個(gè)顯示屏幕的頻率，這樣就能得到一個(gè)檢波或解調(diào)基于時(shí)基的顯示結(jié)果。頻譜分析儀分辨率帶寬、視頻帶寬辨析和設(shè)置在測(cè)量無(wú)線信號(hào)系統(tǒng)指標(biāo)中，常常要用到頻譜儀，為了使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，在頻譜分析儀的使用上常涉及到一個(gè)分辨帶寬設(shè)置的問(wèn)題。要弄清這個(gè)問(wèn)題，得要知道一些頻譜儀的基本原理。圖1是頻譜分析儀的基本原理框圖。圖中的中頻頻率（輸入信號(hào)通過(guò)與本振信號(hào)的和頻或差頻產(chǎn)生），本振受斜波發(fā)生器的控制，在斜波發(fā)生器的控制下，本振頻率將從低到高的線性變化。這樣在顯示時(shí)，斜波發(fā)生器產(chǎn)生的斜波電壓加到顯示器的x軸上，檢波器輸出經(jīng)低通濾波器后接到y(tǒng)軸上，當(dāng)斜波發(fā)生器對(duì)本振

42、頻率進(jìn)行掃描時(shí)顯示器上將自動(dòng)繪出輸入信號(hào)的頻譜。檢波器輸出端的低通濾波器稱為視頻濾波器，用在分析掃描時(shí)對(duì)響應(yīng)進(jìn)行平滑。 1、 分辨帶寬 在頻譜分析儀中，頻率分辨率是一個(gè)非常重要的概念，它是由中頻濾波器的帶寬所確定的，這個(gè)帶寬決定了儀器的分辨帶寬。例如，濾波器的帶寬是100khz。那么譜線頻率就有100khz的不定性，也即在一個(gè)濾波器的帶寬頻率范圍內(nèi)，出現(xiàn)了兩條譜線的話，則儀器不能檢出這兩條譜線，而只顯示一條譜線，此時(shí)儀器所反映的譜線電平（功率）是這兩條譜線的電平功率的疊加。因此會(huì)出現(xiàn)測(cè)量誤差。所以，對(duì)于兩條緊密相關(guān)的譜線，其分辨力取決于濾波器的帶寬。 我們以測(cè)量載波電平為例，對(duì)儀器的分辨帶寬設(shè)

43、置加以比較，圖2是分辨帶寬分別是（由下到上）30khz、300khz、3mhz的頻譜曲線（輸入為單個(gè)載波信號(hào)）， 在設(shè)置分辨帶寬時(shí)，我們考慮的是儀器在充分響應(yīng)輸入信號(hào)時(shí)是否有足夠的帶寬，正確的方法是展寬濾波器的帶寬，當(dāng)在屏幕上觀察到信號(hào)載波幅度不再增加時(shí)，就表示中頻濾波器對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)已有足夠的帶寬了。在圖中我們看到，當(dāng)分辨帶寬在300khz到3mhz變化時(shí)，顯示的信號(hào)幅度沒(méi)有變化，這就可以認(rèn)為300khz帶寬已經(jīng)足夠了。另外，分辨帶寬在300khz和3mhz之間設(shè)置時(shí)，對(duì)于單個(gè)載波情況下的信號(hào)幅度沒(méi)有變化，但是在實(shí)際測(cè)量catv系統(tǒng)圖象載波電平時(shí)卻不能將分辨帶寬設(shè)為3mhz，這是因?yàn)樵趯?shí)際

44、中圖象載波附近存在相鄰頻道的伴音載波（相距1.5mhz），3mhz帶寬則不能把相鄰伴音載波的能量濾掉，這樣相鄰伴音載波的能量會(huì)加到正在測(cè)量的圖象載波上，使測(cè)到的電平值比實(shí)際的高。2、 視頻濾波器 在圖1中的檢波器之后的濾波器稱為檢波濾波器又叫視頻濾波器，它是一個(gè)低通濾波器，它的作用可以減少檢波器輸出的噪聲變化，揭示一些已被掩蓋且接近本底噪聲的信號(hào)，如果是測(cè)量噪聲功率，它還有助于穩(wěn)定測(cè)量。 檢波器輸出端往往存在直流分量和交流分量，直流分量代表著中頻帶寬內(nèi)存在的能量，所以通過(guò)視頻濾波器可達(dá)到提取直流分量去除一些交流分量，這樣能給出更穩(wěn)定的無(wú)噪聲輸出。圖3是不同視頻帶寬下，檢波器輸出的信號(hào)圖，圖3a

45、采用寬帶視頻濾波器，圖3b采用窄帶視頻濾波器，由圖中可看出，采用寬帶濾波器時(shí)噪聲的波動(dòng)較大，采用窄帶濾波器時(shí)波動(dòng)顯著減少，兩者的噪聲平均值卻一樣，也就是說(shuō)濾波器不會(huì)降低平均噪聲電平，但能減少噪聲的峰值電平。因而能暴露出用較寬視頻濾波器不能看到的低電平信號(hào)。但在某些情況下，如分析一些特殊的噪聲信號(hào)時(shí)，我們則需要較寬的視頻濾波器帶寬，以便觀察和分析，所以我們可根據(jù)不同的情況來(lái)設(shè)置視頻濾波器的帶寬。精品. 視頻濾波器的帶寬和分辨帶寬的關(guān)系是：檢波前的噪聲可以通過(guò)較窄的分辨帶寬來(lái)降低，從而降低檢波器的噪聲輸出電平；檢波后的噪聲則通過(guò)窄帶視頻濾波器來(lái)平滑減少噪聲波動(dòng)，但不能降低噪聲的平均功率電平。頻譜分

46、析低度的主要設(shè)置參數(shù)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

47、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。精品. 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。如果頻譜儀是1.8ghz的，那么就不能測(cè)量；如果是26.5ghz的頻譜儀，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f1、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)

48、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)。精品. 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)

49、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hp-859x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。

50、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hp-859x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，只是知道是有兩個(gè)信號(hào)存在。我們將bw下調(diào)一級(jí)，變成3khz，圖11中的中間那條曲線，就可以將兩

51、個(gè)信號(hào)分辨得非常清楚。但它的交調(diào)失真還是看不出來(lái)。我們?cè)侔裝w進(jìn)一步降低成為1khz（實(shí)際是提高了分辨率），我們就可以更清晰地看到f1和f2，同時(shí)也看到兩個(gè)失真信號(hào)。 分辨率帶寬降低能提高分辨率，但對(duì)測(cè)量來(lái)說(shuō)分辨率降低會(huì)增加掃描時(shí)間。這時(shí)我們可以對(duì)掃描時(shí)間進(jìn)行人為設(shè)置，加快其掃描速度，提高測(cè)量速度。但是，由于掃描時(shí)間的改變會(huì)造成測(cè)量上的誤差，具體就是頻率升高，而幅度降低（見(jiàn)圖12）。精品. 所以作為一種快速測(cè)量而不要求太高測(cè)量精度時(shí)，可以采用這種方法，但若要較高精度的測(cè)量，必須要使bw與測(cè)量時(shí)間置于自動(dòng)聯(lián)動(dòng)，方可滿足準(zhǔn)確測(cè)量的要求。 頻譜分析儀第三個(gè)重要指標(biāo)-動(dòng)態(tài)范圍。動(dòng)態(tài)范圍表示當(dāng)兩個(gè)信號(hào)同

52、時(shí)出現(xiàn)時(shí)，測(cè)量其幅度差的能力。影響它的因素有最大輸入功率、非線性工作區(qū)域、1db壓縮點(diǎn)（有時(shí)為0.5db）。 頻譜儀內(nèi)部的混頻器有一定的線性工作區(qū)域，如果超過(guò)線性區(qū)域，輸入功率的變化與輸出功率的變化即呈非線性。輸出功率的變化量比輸入功率的變化量小，造成功率壓縮。如果功率壓縮存在，我們所測(cè)得的功率值就是不準(zhǔn)確的。 那么我們?nèi)绾闻袛嗍欠翊嬖趬嚎s呢？可以利用頻譜儀內(nèi)部的衰減器或外接衰減器來(lái)進(jìn)行判斷。將衰減器的衰減量設(shè)置在10db時(shí)，測(cè)量混頻器的輸出功率。再將衰減器的衰減量增加10db，再去測(cè)量混頻器輸出功率也應(yīng)線性地減小10db。若變化量不是10db，只有7或8db，說(shuō)明混頻器已工作在非線性區(qū)域，存

53、在功率壓縮區(qū)。 即使當(dāng)頻譜儀工作在線性區(qū)域的時(shí)候，混頻器仍然產(chǎn)生內(nèi)部失真，因?yàn)樗怯性吹姆蔷€性器件。在最差的情況下，內(nèi)部失真完全可以覆蓋被測(cè)件的失真產(chǎn)物或是外來(lái)的諧波失真。即使當(dāng)內(nèi)部失真低于要測(cè)信號(hào)的失真，也會(huì)引起測(cè)量誤差。因?yàn)楫?dāng)基波信號(hào)進(jìn)入到頻譜儀時(shí)，它同樣會(huì)產(chǎn)生二次和三次諧波。這種失真是由頻譜儀內(nèi)部產(chǎn)生的。這一失真會(huì)與輸入信號(hào)的失真混疊起來(lái)，最后輸出的諧波分量要比真實(shí)的失真高。這就造成了一定的測(cè)量誤差。這要求頻譜儀所產(chǎn)生的內(nèi)部失真要盡量地小，使最后迭加出來(lái)的信號(hào)，趨近于被測(cè)信號(hào)。 如何降低頻譜儀內(nèi)部的諧波失真和交調(diào)失真。這可利用失真特性，二次或三次諧波在數(shù)學(xué)公式上都存在這樣的特點(diǎn)，即若存在

54、一個(gè)頻率為f的信號(hào)，其二次諧波為2f，三次諧波為3f。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)f1、f2存在，其交調(diào)失真有2f1-f2、2f2-f1等等，見(jiàn)圖13。精品. 當(dāng)f信號(hào)功率變化1時(shí)，2f功率會(huì)變化2，它的三次諧波會(huì)變化3。變化量分別是其2倍和3倍。也就是說(shuō)當(dāng)輸入功率降低1db，二次諧波和三次諧波分別會(huì)降低2db和3db。交調(diào)失真是當(dāng)f1、f2分別變化1，2f1-f2和對(duì)應(yīng)的2f2-f1均變化3，這就是其特點(diǎn)。在測(cè)量時(shí)，頻譜分析儀本身產(chǎn)生的二次諧波信號(hào)越高，它測(cè)量的范圍越差。我們用輸入信號(hào)f0的功率值和產(chǎn)生信號(hào)諧波功率值之差來(lái)進(jìn)一步定義動(dòng)態(tài)范圍。凡是被測(cè)信號(hào)落在這一范圍之內(nèi)，都可以測(cè)出。 如何使動(dòng)態(tài)范圍增大（見(jiàn)圖14），我們可以利用上面所說(shuō)的數(shù)學(xué)特性，只要將f0的功率降低1db，2f0會(huì)降低2db。這就使動(dòng)態(tài)范圍增大了1db。若f0的功率降低10db，其動(dòng)態(tài)范圍也會(huì)隨之增大10db。三次失真的降低速度會(huì)更快。二次諧波和三次諧波的動(dòng)態(tài)范圍是呈線性變化的，只是斜率不一樣。 我們用動(dòng)態(tài)范圍和功率值建立一個(gè)坐標(biāo)系，可以得到圖15的曲線，橫坐標(biāo)實(shí)際是混頻器f