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噪聲特性
由于電阻的熱敏效應(yīng),任何設(shè)備均具有噪聲,頻譜分析儀亦不例外,頻譜分析儀的噪聲,本質(zhì)上是熱噪聲,屬于隨機(jī)性(Random),它能被放大與衰減,由于系隨機(jī)性信號(hào),兩噪聲的結(jié)合只有相加而無法產(chǎn)生相減的效果。在頻帶范圍內(nèi)也相當(dāng)平坦,其頻寬遠(yuǎn)大于設(shè)備內(nèi)部電路的頻寬,檢測器檢知的噪聲值與設(shè)定的分辨率頻寬(RBW)有關(guān)。由于噪聲是隨機(jī)性迭加于信號(hào)功率上,因此顯示的噪聲準(zhǔn)位與分辨率頻寬成對(duì)數(shù)的關(guān)系,改變分辨率頻寬時(shí)噪聲隨之變化,噪聲改變量相關(guān)的數(shù)學(xué)式如下所示:
例如:頻寬從100kHz(BW1)調(diào)整到10kHz(BW2),則噪聲改變量為:
亦即降低噪聲量10dB (為原來的1/10),相對(duì)提高訊號(hào)與噪聲比10dB。由此可知,純粹要降低噪聲量,使用窄寬度的頻寬將能達(dá)到目的。不論噪聲來之于外部或內(nèi)部產(chǎn)生,量測時(shí)均將影響信號(hào)振幅的準(zhǔn)確性,特別在低準(zhǔn)位信號(hào)時(shí),更是如此,噪聲太大時(shí),甚至掩蓋信號(hào)以致無確判斷信號(hào)的大小,影響量測質(zhì)量的兩種噪聲可概括為下列項(xiàng):
⑴.產(chǎn)生于交換功能的數(shù)字電路、點(diǎn)火系統(tǒng)與DC 馬達(dá)脈沖噪聲,這類噪聲常見于EMI(Electromagnetic Interference)的討論領(lǐng)域里。
⑵. 隨機(jī)性噪聲來之于自然界或電路的電子移動(dòng),又稱之為KTBW (或稱熱敏)噪聲、Johnson 噪聲、寬帶噪聲或白氏(White)噪聲等,本書主要以熱敏噪聲為重點(diǎn),數(shù)學(xué)式為:
Pn =kTBW ,⑸
其中:Pn =噪聲功率= 3.98*10?21 瓦/Hz 或-174dB/Hz
k=Boltzman 常數(shù),1.38*10?23 joule/oK
T=溫度表示的常溫=290 oK
BW=系統(tǒng)的噪聲功率頻寬(Hz)。
在4MHz、75 Ω、290 oK 時(shí)的噪聲功率為-59.1dBm。由噪聲功率得知,信號(hào)頻寬降低,系統(tǒng)噪聲功率隨之降低,信號(hào)的質(zhì)量以信號(hào)噪聲比表示
(SNR;Signal-to-Noise Ratio),信號(hào)強(qiáng)度(單位為dBm)與系統(tǒng)噪聲功
率(單位為dBm)的相減值即為信號(hào)噪聲比,數(shù)學(xué)式為:
匹配因素

用FFT計(jì)算信號(hào)頻譜的算法
離散付里葉變換X(k)可看成是z變換在單位圓上的等距離采樣值
同樣,X(k)也可看作是序列付氏變換X(ejω)的采樣,采樣間隔為ωN=2π/N
由此看出,離散付里葉變換實(shí)質(zhì)上是其頻譜的離散頻域采樣,對(duì)頻率具有選擇性(ωk=2πk/N),在這些點(diǎn)上反映了信號(hào)的頻譜。
根據(jù)采樣定律,一個(gè)頻帶有限的信號(hào),可以對(duì)它進(jìn)行時(shí)域采樣而不丟失任何信息,F(xiàn)FT變換則說明對(duì)于時(shí)間有限的信號(hào)(有限長序列),也可以對(duì)其進(jìn)行頻域采樣,而不丟失任何信息。所以只要時(shí)間序列足夠長,采樣足夠密,頻域采樣也就可較好地反映信號(hào)的頻譜趨勢,所以FFT可以用以進(jìn)行連續(xù)信號(hào)的頻譜分析

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)的測量,可用以測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量儀器。它又可稱為頻域示波器、跟蹤示波器、分析示波器、諧波分析器、頻率特性分析儀或傅里葉分析儀等。現(xiàn)代頻譜分析儀能以模擬方式或數(shù)字方式顯示分析結(jié)果,能分析1赫以下的甚低頻到亞毫米波段的全部無線電頻段的電信號(hào)。
儀器內(nèi)部若采用數(shù)字電路和微處理器,具有存儲(chǔ)和運(yùn)算功能;配置標(biāo)準(zhǔn)接口,就容易構(gòu)成自動(dòng)測試系統(tǒng)。
頻譜分析儀是用來分析各頻率上的信號(hào)強(qiáng)度的,比如一臺(tái)FM發(fā)射機(jī)標(biāo)定的頻點(diǎn)為153.000MHz,如果在153M附近2M的位置上看到頻譜反應(yīng)都比較高,說明發(fā)射機(jī)的帶寬有2M左右,而且如果發(fā)射機(jī)在發(fā)射時(shí)看到51M、102M、204M、255M等頻率上都有較高起伏,說明發(fā)射機(jī)的帶通濾波不良,沒有濾除三次諧波(以上頻率僅舉例,相關(guān)頻點(diǎn)與發(fā)射機(jī)的倍頻方式有關(guān))。
模擬的頻譜分析儀稱掃頻儀,即相當(dāng)于一臺(tái)不停的變化接收頻率的接收機(jī),然后將各頻率上接收的場強(qiáng)幅度顯示出來。數(shù)字式的頻譜分析儀是行寬頻采樣,然后通過DSP做FFT處理實(shí)時(shí)得到頻譜信息。
網(wǎng)絡(luò)分析儀是比較多的,不知道你指的是什么地方用的,但不管是以太網(wǎng)的還是手機(jī)GSM網(wǎng)的等等,只有數(shù)字網(wǎng)絡(luò)才會(huì)用到網(wǎng)絡(luò)分析儀,它是基于協(xié)議的,正常捕獲網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù),然后根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析,例如以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)分析儀中,會(huì)有寬帶占用,發(fā)送包,接收包數(shù)量,TCP包,UDP包,ICMP包,IGMP包等等,用以分析網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流向。例如ARP攻擊可以捕捉分析大量發(fā)送ARP包的MAC和IP。
網(wǎng)絡(luò)分析儀一種能在寬頻帶內(nèi)進(jìn)行掃描測量以確定網(wǎng)絡(luò)參量的綜合性微波測量儀器。全稱是微波網(wǎng)絡(luò)分析儀。網(wǎng)絡(luò)分析儀是測量網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的一種新型儀器,可直接測量有源或無源、可逆或不可逆的雙口和單口網(wǎng)絡(luò)的復(fù)數(shù)散射參數(shù),并以掃頻方式給出各散射參數(shù)的幅度、相位頻率特性。自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀能對(duì)測量結(jié)果逐點(diǎn)進(jìn)行誤差修正,并換算出其他幾十種網(wǎng)絡(luò)參數(shù),如輸入反射系數(shù)、輸出反射系數(shù)、電壓駐波比、阻抗(或?qū)Ъ{)、衰減(或增益)、相移和群延時(shí)等傳輸參數(shù)以及隔離度和定向度等。

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。
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