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安泰仪器维修【分享】频谱分析仪使用技巧(第一篇)

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发表于 2019-3-13 14:41 | 显示全部楼层 |阅读模式

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对于频谱仪这样一个射频领域的最基础最常用的仪器,还有很多人对他的基本概念以及使用技巧比较陌生,下面西安安泰仪器维修中心分享频谱分析仪的基本概念以及使用技巧:
频谱仪基础概念:
频谱分析仪本质上是一个宽带接收机,因此需要不只一次的频率转换,次数由频率范围、频率分辨率和RBW滤波器决定。
频谱分析仪的工作原理就像一个宽带接收机,宽带范围从几十kHz或几十MHz开始。接收机的功能是将输入信号的频率转换为检测回路能处理的频段。宽带接收机包括一个混频器、一个本机振荡器(LO)和一个带通滤波器。本机振荡器产生一个混频振荡信号。混频器将输入信号与本机振荡器产生的信号混合在一起,总信号就包括两种信号的和与差,两信号之差称为中频(IF),它是检测回路使用的部分信号。带通滤波器滤掉信号中不需要的成分,然后将仅留下的IF传到检测和显示单元。

                               
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频谱仪使用技巧:
1、合理设置SPAN、RBW、VBW三大参数
频谱分析仪的Frequency(中心频率)、SPAN(扫宽)、Amplifier(参考电平)是实际工作中操作最为频繁的3个设置参数,大部分数字频谱仪面板都特别加大了这3项设置的按钮,以方便操作。而SPAN(扫宽)、RBW(分辨率带宽)、Amplifier(参考电平)是频谱仪工作的最重要的3大参数。
很多新手工程师一开始就设置很大的SPAN参数,这样做的结果就是导致频谱仪自动调整使用较大的RBW数值,不利于观察信号特性。使用过大的RBW会使信号显示失真,另外当两个频率很相近的信号在大RBW分辨率下容易混淆在一起,无法区分。一般扫频式数字频谱仪的SPAN、RBW、SWEEP TIME(扫频时间)三者在默认自动设置状态下是相关联动的,频谱仪为了保持频谱图显示的实时性,当SPAN增大时会自动提高RBW,以确保扫频时间(SWEEP TIME)不至于太长。如果用户在SPAN很大的情况下,手动设置较小的RBW,那么频谱仪将被迫出现较长的扫频时间。实际操作中不适当的设置可使频谱的SWEEP TIME长达几十秒甚至上百秒,理想状态下一秒钟刷新几十次的频谱图,变成几十秒才慢慢扫描出一幅频谱图,这时已经基本失去了实用性。
另外,频谱仪的RBW越大,底噪基线也会越高,会影响小信号的显示。不要指望在很大的扫描频率带宽下兼顾精细的分辨率带宽,除非你的频谱仪超高级、超昂贵。一般的频谱仪,尤其是入门级产品和老款产品,性能有限,需要恰当的设置较窄的SPAN来保证较小RBW下频谱图的实时性。通常的经验是用宽SPAN、高RBW来发现信号,然后用窄SPAN、低RBW来针对性地精确展现和测量信号。一般频谱仪设置SPAN,对于窄带信号,可以是信号自身带宽的5~10倍,RBW设置为信号自身带宽的1/3~1/20。对于宽带信号,扫宽可以设置为信号带宽的2~5倍,RBW设置为信号自身带宽的1/10~1/20。对于需要在很宽频段范围内搜索小信号,如果频谱仪性能不够,可以采用分段扫描的方式。对于需要特别关注的小信号,可设置较小的RBW,这时频谱仪的底噪基线也会随之降低,同时还可以适当设置VBW(视频带宽)和AVG(平均)的次数,使频谱图底噪平滑,减少扰动,有利于小信号尖峰的显示。

                               
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频谱分析仪的Frequency(中心频率)、SPAN
(扫宽)、Amplifier(参考电平)
现如今很多入门级数字化频谱仪提供小至100Hz的RBW,但在如此精细的RBW下,扫描速度会很慢,不少产品只是为了获得较好的产品指标而已,实用性有限,通常设定在1kHz以上的RBW才比较实用,实际上对于常规信号,1kHz、3kHz、5kHz、10kHz、30kHz、100kHz这几挡RBW最为常用。VBW在测量上的意义不及RBW,但适当设置VBW可平滑频谱底噪基线,减少扰动。通常设置RBW∶VBW=10∶1设置过高的RBW/VBW会影响频谱仪扫描时间。为了减少频谱底噪线扰动,除了优化设置VBW外,还可以设置频谱AVG平均次数,平均次数越大,底噪线扰动越小,不过这个设置不适用于抓瞬时信号。

                               
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外置衰减器
2、善用外置衰减器
频谱分析仪的输入端口只能输入小信号,内部衰减器也支持小功率信号,当实际需要测量高功率信号时,就需要外接外置独立的大功率衰减器。需要注意的是,一般频谱仪输入端口处标记的最高输入电平值(通常标+20~+30dBm)为损坏电平,而不是频谱仪最高可以工作的输入电平。实际测量中,一般频谱仪输入信号幅度建议不超过0dBm(即1mW)。输入过高的信号电平容易引起频谱仪信号处理电路的互调和失真,从而出现虚假信号,影响测量准确度。一般经验性的做法是,使用适当衰减量的衰减器,使高功率信号衰减至-20dBm以下信号输入频谱仪。大功率衰减器价格不菲,所以一般用户配置都不会很全,通常会在20dB、30dB、40dB这几个常用衰减量中配备一两件。实际操作中若遇到外置衰减器衰减量不够,在测量精度要求不是很高的情况下,可在大功率衰减器后串接小功率衰减器,总衰减量是串联衰减器标称值相加的总和。实际操作中若遇到外置衰减器衰减量过大,以至于影响对小信号的测定,我们可以尝试手动关闭频谱仪机内的Attenuator(衰减器),以减少信号通路中的总衰减量。
频谱仪机内衰减器在默认状态下是根据输入端口电平和Amplifier参考电平设定自动调节的,为了保护机内输入端高放单元和提高信号传输匹配,通常最小状态依然会保留5~10dB衰减量,在特殊需要情况下,我们可通过手动设置将其关闭。使用了外置衰减器会使输入频谱仪的信号等比减小,为了读数方便,大部分数字频谱仪都可以设置外置衰减器的衰减量,这样在显示幅度测量数值时会进行自动折算修正,无需人为换算,方便读数。本文转载于西安安泰仪器维修中心网,欢迎留言探讨。


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