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杭州频谱仪厂家告诉您如何才能找到适合自己的频谱仪分析仪
来源:     发布时间: 2014-1-10    967 次浏览

杭州正东电子有限公司是一家成立于2004年,座落于杭州高新区,专业从事通用电子测试台式万用表泰克示波器泰克代理频谱仪分析仪、测量仪器仪表、教学仪器的代理销售与服务一体的综合性企业。多年来,公司客户涵盖高校、制造、科研、电力、能源、通信等众多领域。

杭州频谱仪厂家告诉您如何才能找到适合自己的频谱仪分析仪

频谱分析仪简称频谱仪,是用来显示频域信号幅度的仪器,在射频领域有“射频万用表”的美称。在射频领域,传统的万用表已经不能有效测量信号的幅度,示波器测量频率很高的信号也比较困难,而这正是频谱分析仪的强项。
频谱仪与示波器属于两种类型的仪器,泰克示波器主要显示时域信号幅度的变化,而频谱仪显示的是频域信号幅度的变化。对于研究射频的工程师和爱好者,频谱仪是工作的好帮手,它可以形象地展示一定频率范围内信号的幅度,可以据此发现信号的存在和不同类型信号的特征。随着科技的发展,频谱仪也从传统的模拟线路进化到数字化频谱仪,被赋予更多的功能,以适应不断出现的复杂信号。
频谱分析仪在射频领域应用非常广泛。频谱仪最基本的作用就是发现和测量信号的幅度。频谱仪可以以图示化的方式显示设定频率范围内的射频信号,信号越强,频谱仪显示的幅度也越大。通过这种特性,频谱仪被用来搜索和发现一定频段内的射频信号,广泛应用在监测电磁环境、无线电频谱监测、电子产品电磁兼容测量、无线电发射机发射特性、信号源输出信号品质等领域。频谱仪可以测量射频信号的多种特征参数,包括频率、选频功率、带宽、邻道功率、调制波形、场强等。在射频信号的频率测量方面,虽然频率计是专业的设备,但遇到时分多址的信号(GSM移动电话、IDEN、TETRA的信号)、跳频的信号、宽带的信号,普通频率计无法准确计数,功率计无法及时测量,而频谱仪由于基于高速的信号捕捉,则可以有机会测量这些信号。针对这些常见的不稳定信号,很多中高档频谱仪还在测量软件上做了优化,提供专用的不锈钢圆柱销自动测量工具。
 
由于频谱仪具有图示化射频信号的能力,频谱图可以帮助我们了解信号的特性和类型,有助于最终了解信号的调制方式和发射机的类型。在军事领域,频谱仪在电子对抗和频谱监测中被广泛应用,不同类型的雷达信号、通信电台信号、应答机信号、“敌我”识别器信号都有各自不同特征的频谱图。在民用无线电管理领域,通过频谱图,我们可以及时发现非法使用的频率,这比传统扫描监听的效率要高得多。在不明干扰源的定位中,频谱图有助于判断干扰信号的类型,并推断出产生干扰信号的可能设备,以缩小排查范围。频谱仪还是一部很好的场强仪,具有比较大的动态,一些具有自动测量功能的频谱仪可以方便地读出目标信号的场强数值,同时可以显示目标频率周边的情况。实际应用中,有很多手持频谱仪就替代了场强仪。
 
有的频谱仪内置跟踪信号源,或者支持外接跟踪信号源,频谱仪与跟踪信号源配合使用,可以显示双端口网络的频幅特性,扩展了频谱仪的用途。该功能类似扫频仪和标量网络分析仪的主要功能,比普通老式扫频仪的精度要高得多,可以应用于滤波器的调校。如果频谱仪与跟踪源配合驻波电桥,还能直接图示化显示天线的匹配情况,具有天线分析仪的部分功能。
发展历程
 
频谱分析仪从发明以来,经历了模拟线路频谱仪、单片机程控频谱仪、电脑数字化频谱仪的发展历程。随着集成电路和微处理器电路的迅猛发展以及对信号测量要求的提高,频谱仪的工作频率不断提高,精度不断提升,体积和重量不断缩减。从早期巨大笨重的台式频谱仪,发展到广泛使用的便携式频谱仪,以及近年来现场应用越来越多的手持式频谱仪,频谱仪正向着数字化、高精度化、小型化发展。
 
 
老式的频谱仪为纯电路结构,早期的产品采用与示波器一样的示波管进行显示,通过快速扫描的接收机来形成频谱图。这类频谱仪基本没有自动测量功能,测量信号幅度靠人工对照示波管刻度进行数数,功能单一,只具有频谱仪基本的频率扫描和幅度显示功能,且精度很低。目前在主流应用中已基本淘汰。
 
单片机程控频谱仪是通过单片机微处理器来控制的频谱仪,虽然从外观上看,最早期的数字频谱仪依然采用示波管显示,但增加了字符发生器电路,在仪器屏幕上可以看到一些设置信息,并具有了一些自动测量功能。随后,高性能的微处理器和频率合成器电路相继被引入,使得频谱仪的工作精度、分辨率和程控化水平得到显著提高。显示屏由示波管发展为CRT管,显示的频谱图是通过微处理器计算后形成的,并增加了很多数控和自动测量功能,屏幕上显示的信息一下子多了很多,频谱仪的分辨率显著提高到1kHz的水平,部分高端产品达到了1Hz级别。
 
现代的数字化频谱仪除了射频信号处理单元,其余部分基本都数字化了。很多附加的专项测量功能,如TETRA信号测量、GSM信号测量,都能以软件开通形式添加,显示屏改为彩色液晶显示,并且进一步缩减了频谱仪的体积和重量,扫描速度进一步提高,背景噪声和相位噪声也得到了进一步控制,频谱仪的性能提高到一个新的水平,这更有利于对微小信号的测量。
 
此外,新结构剥线机体系的实时频谱仪也全新登场,更有利于对遂发的信号进行捕捉。
 
传统的频谱仪一贯比较笨重,比同年代的示波器重得多。很多大型台式频谱仪两个人都很难抬得动,即便是后期的HP8563E(CRT管型)之类,属于便携型的频谱仪,也有20kg重。随着液晶屏替代CRT显像管,以及仪器内部线路的进一步集成化,频谱仪的重量也有所减轻,如E4403B,重量在15kg左右。新一代的手持频谱仪成为现场检测中轻便灵巧的工具,新的N9340B装上电池的重量只有3.5kg左右,Rohde&Schwarz的FSH3仅重2.5kg。
 
性能与指标
 
标志频谱分析仪性能和特性的主要指标有工作频率范围、分辨率带宽、频率扫宽、动态范围、扫描速度、端口阻抗、平均噪声电平、相位噪声、绝对幅度精度。
 
频谱分析仪的工作频率范围是指频谱仪最高工作频率和最低工作频率,标志着频谱仪可以显示频谱的最大范围。在射频应用中,用户往往更关心频谱仪的最高工作频率,这使其成为用户关心频谱仪性能的第一指标。
首先,电源对于频谱分析仪来说是非常重要的,在给频谱分析仪加电之前,一定要确保电源接法正确,保证地线可靠接地。频谱仪配置的是三芯电源线,开机之前,必须将电源线插头插入标准的三相插座中,不要使用没有保护地的电源线,以防止可能造成的人身伤害。      
其次,对信号进行精确测量前,开机后应预热三十分钟,当测试环境温度改变3—5度时,频谱仪应重新进行校准。 
     
三,任何频谱仪在输入端口都有一个允许输入的最大安全功率,称为最大输入电平。如国产多功能频谱分析仪AV4032要求连续波输入信号的最大功率不能超过+30dBmW(1W),且不允许直流输入。若输入信号值超出了频谱仪所允许的最大输入电平值,则会造成仪器损坏;对于不允许直流输入的频谱仪,若输入信号中含有直流成份,则也会对频谱仪造成损伤。        一般频谱仪的最大输入电平值通常在前面板靠近输入连接口的地方标出。如果频谱仪不允许信号中含有直流电压,当测量带有直流分量的信号时,应外接一个恰当数值的电容器用于隔直流。        当对所测信号的性质不太了解时,可采用以下的办法来保证频谱分析仪的安全使用:如果有RF功率计,可以用它来先测一下信号电平,如果没有功率计,则在信号电缆与频谱仪的输入端之间应接上一个一定量值的外部衰减器,频谱仪应选择最大的射频衰减和可能的最大基准电平,并且使用最宽的频率扫宽(SPAN),保证可能偏出屏幕的信号可以清晰看见。我们也可以使用示波器、电压表等仪器来检查DC及AC信号电平。
 
频谱分析仪是电子工程师工作台上或高校实验室内的常用工具。这里我们整理出6条关于频谱仪使用的常见问题,希望它能为你答疑解惑。

Q1.怎样设置才能获得频谱仪最佳的灵敏度,以方便观测小信号

A:首先根据被测小信号的大小设置相应的中心频率、扫宽(SPAN)以及参考电平;然后在频谱分析仪没有出现过载提示的情况下逐步降低衰减值;如果此时被测小信号的信噪比小于15dB,就逐步减小RBW,RBW越小,频谱分析仪的底噪越低,灵敏度就越高。

如果频谱分析仪有预放,打开预放。预放开,可以提高频谱分析仪的噪声系数,从而提高了灵敏度。对于信噪比不高的小信号,可以减少VBW或者采用轨迹平均,平滑噪声,减小波动。

需要注意的是,频谱分析仪测量结果是外部输入信号和频谱分析仪内部噪声之和,要使测量结果准确,通常要求信噪比大于20dB。

Q2.分辨率带宽(RBW)越小越好吗?

A:RBW越小,频谱分析仪灵敏度就越好,但是,扫描速度会变慢。最好根据实际测试需求设

RBW,在灵敏度和速度之间找到平衡点–既保证准确测量信号又可以得到快速的测量速度。

Q3.平均检波方式(average type)如何选择:power?Log power?Voltage?

·Log power对数功率平均

又称Video Averaging,这种平均方式具有最低的底噪,适合于低电平连续波信号测试。但对”类噪声“信号会有一定的误差,比如宽带调制信号W-CDMA等。

·功率平均

又称RMS平均,这种平均方式适合于“类噪声“信号(如:CDMA)总功率测量

·电压平均

这种平均方式适合于观测调幅信号或者脉冲调制信号的上升和下降时间测量。

Q4.扫描模式的选择:sweep还是FFT?

A:现代频谱仪的扫描模式通常都具有Sweep模式和FFT模式。通常在比较窄的RBW设置时,FFT比sweep更具有速度优势,但在较宽RBW的条件下,sweep模式更快。

当扫宽小于FFT的分析带宽时,FFT模式可以测量瞬态信号;在扫宽超出频谱分析仪的FFT分析带宽时,如果采用FFT扫描模式,工作方式是对信号进行分段处理,段与段之间在时间上存在不连续性,则可能在信号采样间隙时,丢失有用信号,频谱分析就会存在失真。这种类型信号包括:脉冲信号,TDMA信号,FSK调制信号等。

Q5.检波器的选择对测量结果的影响?

·Peak检波方式

选取每个bucket中的最大值作为测量值。这种检波方式适合连续波信号及信号搜索测试。

·Sample检波方式

这种检波方式通常适用于噪声和“类噪声”信号的测试。

·Neg Peak检波方式

适合于小信号测试,例如,EMC测试。

·Normal检波方式

适合于同时观察信号和噪声。

Q6.跟踪源(TG)的作用是什么?

A:跟踪源是频谱分析仪上的常见选件之一。当跟踪源输出经被测件的输入端口,而此器件的输出则接到频谱分析仪的输入端口时,频谱仪以及跟踪源形成了一个完整的自适应扫频测量系统。跟踪源输出的信号的频率能精确地跟踪频谱分析仪的调谐频率。频谱分析仪配搭跟踪源选件,可以用作简易的标量网络分析,观测被测件的激励响应特性曲线,例如:器件的频率响应、插入损耗等。

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