頻譜分析儀介紹

頻譜分析儀是研究電信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)的儀器，用于信號(hào)失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號(hào)參數(shù)的測(cè)量，可用以測(cè)量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù)，是一種多用途的電子測(cè)量?jī)x器。

從事通信工程的技術(shù)人員，在很多時(shí)候需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，針對(duì)不同觀察域，分別用示波器、頻譜分析儀和矢量分析儀觀察信號(hào)。

示波器只能觀察信號(hào)的幅度、周期和頻率；但頻譜分析儀還可以分析信號(hào)的頻率分布信息、頻率、功率、諧波、雜波、噪聲、干擾和失真，而矢量分析儀可以在頻譜分析儀基礎(chǔ)上分析數(shù)字調(diào)制信號(hào)調(diào)制質(zhì)量。

早期的信號(hào)觀察，主要依賴示波器在時(shí)域內(nèi)觀察信號(hào)。傅立葉變換告訴我們：任何時(shí)域內(nèi)電信號(hào)都是由一個(gè)或多個(gè)不同頻率、不同幅度和不同相位的正弦波組成的，但應(yīng)用示波器無(wú)法觀察到頻域內(nèi)信息，只能在時(shí)域內(nèi)觀察。應(yīng)用頻域測(cè)量，就能以頻譜的形式顯示出每個(gè)正弦波的幅度隨頻率變化的情況。

下圖是信號(hào)在時(shí)域和頻域內(nèi)觀察的結(jié)果，由此可以清楚看出信號(hào)在頻域觀察的必要性。時(shí)域得到的是信號(hào)的波形信息，不能測(cè)量混合信號(hào)，如果存在干擾或失真信號(hào)，在時(shí)域上無(wú)法區(qū)分有用信號(hào)和無(wú)用信號(hào)。在頻域上可以準(zhǔn)確地測(cè)量有用信號(hào)和無(wú)用信號(hào)的各種參數(shù)。

時(shí)域分析：信號(hào)周期，相位分析，邊沿測(cè)試，峰值電壓多信號(hào)對(duì)比

頻域分析：信號(hào)頻率，諧波分量，信號(hào)功率，雜波、噪聲，電磁干擾EMI

既然如此，時(shí)域測(cè)量是否過(guò)時(shí)了呢?答案是否定的。時(shí)域測(cè)量能夠更好的適用于某些測(cè)量場(chǎng)合，而且有些測(cè)量也只能在時(shí)域中進(jìn)行。例如純時(shí)域測(cè)量中所包括的脈沖上升和下降時(shí)間、過(guò)沖和振鈴等。

為什么要測(cè)量頻譜?

1.頻域測(cè)量更適于確定信號(hào)的諧波分量

在無(wú)線通信領(lǐng)域，人們非常關(guān)心帶外輻射和雜散輻射。例如在蜂窩通信系統(tǒng)中，必須檢查載波信號(hào)的諧波成分，以防止對(duì)其它有著相同工作頻率與諧波的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。工程師和技術(shù)人員對(duì)調(diào)制到載波上的信息的失真也非常關(guān)心。三階交調(diào)(復(fù)合信號(hào)的兩個(gè)不同頻譜分量互相調(diào)制)產(chǎn)生的干擾相當(dāng)嚴(yán)重，因?yàn)槠涫д娣至靠赡苤苯勇淙敕治鰩捴畠?nèi)而無(wú)法濾除。

2.頻譜監(jiān)測(cè)是頻域測(cè)量的又一重要領(lǐng)域

政府管理機(jī)構(gòu)對(duì)各種各樣的無(wú)線業(yè)務(wù)分配不同的頻段，例如廣播電視、無(wú)線通信、移動(dòng)通信、警務(wù)和應(yīng)急通信等其它業(yè)務(wù)。保證不同業(yè)務(wù)工作在其被分配的信道帶寬內(nèi)是至關(guān)重要的，通常要求發(fā)射機(jī)和其它輻射設(shè)備應(yīng)工作于緊鄰的頻段。在這些通信系統(tǒng)中，針對(duì)功率放大器和其它模塊的一項(xiàng)重要測(cè)量是檢測(cè)溢出到鄰近信道的信號(hào)能量以及由此所引起的干擾。

3.EMI測(cè)試對(duì)于電氣或者電子產(chǎn)品制造行業(yè)的必要性

電磁干擾(EMI)是用來(lái)研究來(lái)自不同發(fā)射設(shè)備的有意或無(wú)意的無(wú)用輻射。在此我們關(guān)心的問(wèn)題是，無(wú)論是輻射還是傳導(dǎo)(通過(guò)電力線或其它互導(dǎo)連線產(chǎn)生)，其引起的干擾都可能影響其它系統(tǒng)的正常運(yùn)行。根據(jù)由政府機(jī)構(gòu)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定的有關(guān)條例，幾乎任何從事電氣或電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的人員都必須對(duì)輻射電平與頻率的關(guān)系進(jìn)行測(cè)試。

4.部分示波器也有FFT功能，同頻譜儀的區(qū)別在哪里？

示波器一般有一個(gè)FFT功能可以從頻率域的角度顯示信號(hào)，但它的性能指標(biāo)一般不足以分析射頻的，特別是帶調(diào)制的信號(hào)。這個(gè)性能不足主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：

第一測(cè)量的帶寬不同：示波器的設(shè)計(jì)主要用于觀察基帶信號(hào)的，所以一般來(lái)說(shuō)帶寬都不是很寬，最常見(jiàn)的是幾十到幾百M(fèi)Hz。當(dāng)然，隨著數(shù)字電路技術(shù)的快速發(fā)展，基帶信號(hào)的速率也在快速提升，所以，一些中高檔的示波器也能到GHz這個(gè)數(shù)量級(jí)。而頻譜儀主要用以分析載波及調(diào)制了的射頻信號(hào)，所以頻譜儀的頻率范圍通常要寬很多，某些產(chǎn)品達(dá)到50GHz。

第二是靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍不一樣。大家知道示波器的所能測(cè)到的最小信號(hào)的幅度一般是1毫伏。我們可以換算一下，阻抗是50歐姆的條件下，一毫伏等于-47dBm，頻譜儀遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)于此。這種測(cè)量最小信號(hào)的能力也決定了頻譜儀在同時(shí)觀測(cè)大信號(hào)和小信號(hào)方面遠(yuǎn)勝于示波器，這種同時(shí)觀測(cè)大信號(hào)和小信號(hào)的能力，也就是平常我們所說(shuō)的動(dòng)態(tài)范圍

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審核編輯：湯梓紅