频谱分析仪使用小技巧

分享到:

频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器,用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量,可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数,是一种多用途的电子测量仪器。
 
它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果,能分析1赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。仪器内部若采用数字电路和微处理器,具有存储和运算功能;配置标准接口,就容易构成自动测试系统。
 
随着电子技术的发展,世界各国加速了对电子领域的研究,具体体现在竞相提高通信、雷达、遥控、导航等无线电电子设备的威力和效能等方面。在这些方面,频谱分析仪成为必不可少的信号分析手段。频谱分析仪可以对信号的频率、电平、频谱纯度及抗干扰特性进行分析,使其成为电子领域必不可少的测量工具。
 
通过阐述频谱分析仪组成原理,分析频谱分析仪参数的相关性及探讨决定频谱分析仪性能的诸多因素,从而避免频谱分析仪在使用过程中由于操作不当导致的测试结果失真,保证测试结果的准确性和有效性,满足实际应用需求。下面我们来介绍一些频谱分析仪的使用技巧。
 
一、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。
22
 
 
很多新手喜欢一上来就设置很大的SPAN参数,这会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。
33
 
频谱分析仪的Frequency(中心频率)、SPAN(扫宽)、Amplifier(参考电平)
 
现代很多入门级数字化频谱仪都提供小至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。
44
 
外置衰减器
 
二、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。
 
三、电平刻度的转换和阻抗匹配问题
通常,频谱仪的显示刻度单位是dBm,而在场强测量和有关电波传播问题讨论中,习惯采用dBμv/m为单位,因此首先就有一个单位转换问题。实际上场强测量就是标准天线端感应电压的测量,因此只要将频谱仪的读数换算成电压单位,加上天线的天线系数即可求得待测场强。频谱仪的单位换算系数随其输入阻抗的不同而不同,对于502系统,VdBuV=PdBm+107dB而对于752系统,则VdBuV = PdBm+ 108.8dB
现代频谱仪多采用微机处理,显示刻度可以自动转换。在实际测量中要特别注意天线阻抗与测试系统的匹配问题,避免产生失配误差。由于频谱仪在使用中是进行宽带扫描,所以所用天线要求也都是宽带天线,而宽带天线的VSWR一般都较大,如果与频谱仪联接的不是匹配天线,则要对所用天线的天线系数重新校对。
 
在实际测量中,输入衰减器不宜放在0dB的位置,如果衰减器置0,输入信号直接接到混频器上,则阻抗特性变差,造成较大的失配误差。
 
继续阅读
频谱分析仪使用小技巧

频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器,用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量,可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数,是一种多用途的电子测量仪器。