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基于快速傅里葉變換(FFT)的現(xiàn)代頻譜分析儀,通過傅里葉運(yùn)算將被測(cè)信號(hào)分解成分立的頻率分量,達(dá)到與傳統(tǒng)頻譜分析儀同樣的結(jié)果。這種新型的頻譜分析儀采用數(shù)字方法直接由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)對(duì)輸入信號(hào)取樣,再經(jīng)FFT處理后獲得頻譜分布圖。
在這種頻譜分析儀中,為獲得良好的儀器線性度和高分辨率,對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí) ADC的取樣率少等于輸入信號(hào)頻率的兩倍,亦即頻率上限是100MHz的實(shí)時(shí)頻譜分析儀需要ADC有200MS/S的取樣率。
半導(dǎo)體工藝水平可制成分辨率8位和取樣率4GS/S的ADC或者分辨率12位和取樣率800MS/S的ADC,亦即,原理上儀器可達(dá)到2GHz的帶寬,為了擴(kuò)展頻率上限,可在ADC前端增加下變頻器,本振采用數(shù)字調(diào)諧振蕩器。這種混合式的頻譜分析儀可擴(kuò)展到幾GHz以下的頻段使用。
FFT的性能用取樣點(diǎn)數(shù)和取樣率來表征,例如用100KS/S的取樣率對(duì)輸入信號(hào)取樣1024點(diǎn),則輸入頻率是50KHz和分辨率是50Hz。如果取樣點(diǎn)數(shù)為2048點(diǎn),則分辨率提高到25Hz。由此可知,輸人頻率取決于取樣率,分辨率取決于取樣點(diǎn)數(shù)。FFT運(yùn)算時(shí)間與取樣,點(diǎn)數(shù)成對(duì)數(shù)關(guān)系,頻譜分析儀需要高頻率、高分辨率和高速運(yùn)算時(shí),要選用高速的FFT硬件,或者相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片。例如,10MHz輸入頻率的1024點(diǎn)的運(yùn)算時(shí)間80μs,而10KHz的1024點(diǎn)的運(yùn)算時(shí)間變?yōu)閙s,1KHz的1024點(diǎn)的運(yùn)算時(shí)間增加至640ms。當(dāng)運(yùn)算時(shí)間超過200ms時(shí),屏幕的反應(yīng)變慢,不適于眼睛的觀察,補(bǔ)救辦法是減少取樣點(diǎn)數(shù),使運(yùn)算時(shí)間降低至200ms以下。

頻譜分析儀
是一種比較貴重的綜合性儀器,一旦損壞,相應(yīng)的維修費(fèi)用比較高,且維修周期比較長(zhǎng),因此正確使用非常重要。
1、對(duì)于來說電源是非常重要的,在給頻譜分析儀加電之前,一定要確保電源接確,保證地線可靠接地。頻譜分析儀配置的是三芯電源線,開機(jī)之前,必須將電源線插頭插入標(biāo)準(zhǔn)的三相插座中,千萬不要使用沒有保護(hù)地的電源線,以防止可能造成的人身傷害。
2、在對(duì)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量前,頻譜分析儀開機(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),頻譜分析儀應(yīng)重新進(jìn)行校準(zhǔn)。
3、任何頻譜分析儀在輸入端口都有一個(gè)允許輸入的全功率,稱為輸入電平。如國(guó)產(chǎn)多功能頻譜分析儀4032要求連續(xù)波輸入信號(hào)的功率不能超過+30dBmW(1W),且不允許直流輸入。若輸入信號(hào)值超出了頻譜分析儀所允許的輸入電平值,則會(huì)造成儀器損壞;對(duì)于不允許直流輸入的頻譜分析儀,若輸入信號(hào)中含有直流成份,則也會(huì)對(duì)頻譜分析儀造成損傷。
一般的輸入電平值通常在前面板靠近輸入連接口的地方標(biāo)出。如果頻譜分析儀不允許信號(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),我們可采用以下的辦法來保證頻譜分析儀的安全使用:如果有RF功率計(jì),可以用它來先測(cè)一下信號(hào)電平;如果沒有功率計(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,頻譜分析儀應(yīng)選擇的射頻衰減和可能的基準(zhǔn)電平,并且使用寬的頻率掃寬(SPAN),保證可能偏出屏幕的信號(hào)可以清晰看見。我們也可以使用示波器、電壓表等儀器來檢查DC及AC信號(hào)電平。

實(shí)時(shí)式頻譜分析儀
在存在被測(cè)信號(hào)的有間內(nèi)提取信號(hào)的全部頻譜信息進(jìn)行分析并顯示其結(jié)果的儀器主要用于分析持續(xù)時(shí)間很短的非重復(fù)性平穩(wěn)隨機(jī)過程和暫態(tài)過程,也能分析40兆赫以下的低頻和極低頻連續(xù)信號(hào),能顯示幅度和相位。傅里葉分析儀是實(shí)時(shí)式頻譜分析儀,其基本工作原理是把被分析的模擬信號(hào)經(jīng)模數(shù)變換電路變換成數(shù)字信號(hào)后,加到數(shù)字濾波器進(jìn)行傅里葉分析;由*處理器控制的正交型數(shù)字本地振蕩器產(chǎn)生按正弦律變化和按余弦律變化的數(shù)字本振信號(hào),也加到數(shù)字濾波器與被測(cè)信號(hào)作傅里葉分析。正交型數(shù)字式本振是掃頻振蕩器,當(dāng)其頻率與被測(cè)信號(hào)中的頻率相同時(shí)就有輸出,經(jīng)積分處理后得出分析結(jié)果供示波管顯示頻譜圖形。正交型本振用正弦和余弦信號(hào)得到的分析結(jié)果是復(fù)數(shù),可以換算成幅度和相位。分析結(jié)果也可送到打印繪圖儀或通過標(biāo)準(zhǔn)接口與計(jì)算機(jī)相連。
技術(shù)指標(biāo)
頻譜分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)有頻率范圍、分辨力、分析譜寬、分析時(shí)間、掃頻速度、靈敏度、顯示方式和假響應(yīng)。
頻率范圍
頻譜分析儀進(jìn)行正常工作的頻率區(qū)間?,F(xiàn)代頻譜儀的頻率范圍能從低于1Hz至300GHz。
分辨力
頻譜分析儀在顯示器上能夠區(qū)分鄰近的兩條譜線之間頻率間隔的能力,是頻譜分析儀重要的技術(shù)指標(biāo)。分辨力與濾波器型式、波形因數(shù)、帶寬、本振穩(wěn)定度、剩余調(diào)頻和邊帶噪聲等因素有關(guān),掃頻式頻譜分析儀的分辨力還與掃描速度有關(guān)。分辨帶寬越窄越好?,F(xiàn)代頻譜儀在高頻段分辨力為10~100赫。
分析譜寬
又稱頻率跨度。頻譜分析儀在一次測(cè)量分析中能顯示的頻率范圍,可等于或小于儀器的頻率范圍,通常是可調(diào)的。

使用頻譜分析儀測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)的方法:是一種應(yīng)用廣泛的信號(hào)。它可用來測(cè)量信號(hào)的頻率、電平、波形失真、噪聲電平、頻譜特性等,加上標(biāo)準(zhǔn)天線還可用來測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)。
它的主要特點(diǎn)是:能寬頻帶連續(xù)掃描,并將測(cè)得的信號(hào)在CRT屏上直觀地顯示出來。在整個(gè)頻段內(nèi),電平顯示范圍大于70dB,在無線電電波測(cè)量中可以很方便地看出頻譜占用和信號(hào)活動(dòng)情況,所以在很多場(chǎng)合,頻譜儀正在替代場(chǎng)強(qiáng)儀成為電波測(cè)量中一種新的被廣泛應(yīng)用的儀器。但必竟二者設(shè)計(jì)上有差異,因此使用側(cè)重面應(yīng)有所有同,否則將會(huì)帶來很大的測(cè)量誤差。現(xiàn)代多采用微機(jī)處理,顯示刻度可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換。在實(shí)際測(cè)量中要特別注意天線阻抗與測(cè)試系統(tǒng)的匹配問題,避免產(chǎn)生失配誤差。由于頻譜儀在使用中是進(jìn)行寬帶掃描,所以所用天線要求也都是寬帶天線,而寬帶天線的VSWR一般都較大,如果與頻譜儀聯(lián)接的不是匹配天線,則要對(duì)所用天線的天線系數(shù)重新校對(duì)。在實(shí)際測(cè)量中,輸入衰減器不宜放在0dB的位置,如果衰減器置0,輸入信號(hào)直接接到混頻器上,則阻抗特性變差,造成較大的失配誤差。
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