频谱分析仪的功能主要包括频谱显示、频谱测量、频谱分析、时域显示、频谱处理、噪声测量、频率标准校准、自动化测试等。
频谱显示:频谱分析仪可以将信号在频域上的分布以图形形式呈现,让用户直观地了解信号的频谱特性12。
频谱测量:对信号的各种频谱参数进行测量,如中心频率、带宽、峰值、均值等,帮助用户更全面地了解信号特性3。
频谱分析:通过对信号频谱的分析,深入研究信号的频域特性,包括信号的谱线、谱带、谱峰、谱密度等3。
时域显示:除了频谱显示外,频谱分析仪还可以将信号的时域波形以图形形式呈现,让用户全面地了解信号的时域和频域特性3。
频谱处理:对信号进行滤波、平滑、增益等处理,以提高信号的质量和准确性3。
噪声测量:帮助用户测量信号中的噪声水平,并提供有关噪声的统计信息,如均值、标准差等3。
频率标准校准:根据频率标准源进行校准,以确保频谱分析仪的精度和准确性3。
自动化测试:许多频谱分析仪支持自动化测试和控制,可以通过编程接口或脚本语言实现自动化测试和数据处理3。
此外,频谱分析仪还常被用于监测电磁环境、电子产品电磁兼容测量、信号源输出信号品质检测等领域,是电子工程师进行信号分析和测试的重要工具
在挑选频谱分析仪时,应关注以下几个关键方面:
1. 频率范围:
频率范围是评估频谱分析仪测量信号频率范围能力的重要指标,测试信号在频谱的工作频率范围以内12。
宽的频率范围可能需要更多的滤波和处理,可能导致信号失真或误差,影响测试精度,因此在满足需求的前提下,应尽可能选择精度较高的仪器3。
2. 输入功率:
输入功率决定了设备可以测量的信号范围,分为平均连续功率和脉冲输入功率,需严格遵守厂家要求的脉冲宽度和占空比参数23。
如果输入信号的功率太强,可能导致设备过载,无法准确测量信号参数,也可能影响测量精度,甚至对人身安全造成威胁。因此,应选择具有过载保护功能的仪器3。
3. 输入阻抗:
输入阻抗是分析仪对信号源呈现的终端阻抗,射频和微波分析仪的额定阻抗通常是50Ω,某些系统(如有线电视)的标准阻抗是75Ω23。
阻抗不匹配将导致测量误差,甚至干扰电路运行,因此应关注设备的输入阻抗,以确保获得准确的测量结果并避免潜在的安全隐患3。
4. 分辨带宽(RBW):
分辨带宽是频谱分析仪在频域中分辨两个相邻信号的能力,较小的RBW可以更好地分辨相邻的窄带信号,但会增加测量时间4。
在选择时,应根据实际测量需求来权衡RBW的大小。
5. 显示平均噪声电平(DANL):
DANL是频谱分析仪在没有输入信号时显示的本底噪声电平,较低的DANL表示仪器具有较好的噪声性能45。
在选择时,应关注DANL的大小,以确保仪器能够检测到微弱信号。
6. 其他考虑因素:
除了上述关键指标外,还应考虑频谱分析仪的扫描速度、动态范围、相位噪声以及是否支持前置放大器、跟踪源等功能45。
同时,品牌信誉、售后服务以及价格也是选择时需要考虑的重要因素6。
综上所述,在挑选频谱分析仪时,应综合考虑频率范围、输入功率、输入阻抗、分辨带宽、显示平均噪声电平等多个关键指标,并结合实际测量需求和预算来做出佳选择。
频谱分析仪的原理可以理解为一种具有频率选择性、峰值检测的电压表,它经过校准之后显示正弦波的有效值。具体来说,频谱分析仪的工作原理涉及以下几个关键点:
频域与时域的关系:
时域是描述数学函数或物理信号对时间的关系,而频域则是描述信号在频率方面特性时用到的一种坐标系。
时域分析与频域分析是对模拟信号的两个观察面,时域分析以时间轴为坐标表示动态信号的关系,而频域分析则是把信号变为以频率轴为坐标表示出来1。
信号的频谱分解:
任何时域信号都可以变换成相应的频域信号,通过频域测量可以得到信号在某个特定频率上的能量值。
频谱分析仪通过适当的滤波,能将信号分解成若干个立的正弦波或频谱分量,然后对这些分量进行单分析2。
超外差式频谱分析仪的工作原理:
输入信号先经过一个衰减器,再经低通滤波器到达混频器,然后与来自本振(LO)的信号相混频。
混频器是非线性器件,其输出除了包含两个原始信号之外,还包含它们的谐波以及原始信号与其谐波的和信号与差信号。
若任何一个混频信号落在中频(IF)滤波器的通带内,它都会被进一步处理(被放大并可能按对数压缩),然后经过包络检波、低通滤波器进行滤波以及显示34。
即时频谱分析仪的工作原理:
即时频谱分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅。
其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器,再经由同步的多任务扫瞄器将信号传送到屏幕上。
优点是能显示周期性杂散波(Periodic Random Waves)的瞬间反应,但缺点是价格昂贵且性能受限于频宽范围、滤波器的数目与大的多任务交换时间56。
综上所述,频谱分析仪通过特定的信号处理技术和架构,能够将复杂的时域信号转换为频域信号,并对其进行详细的分析和测量。
频谱分析仪的国产品牌包括电科思仪和TFN等。
具体来说,电科思仪推出了4052D系列信号/频谱分析仪,这款仪器具备出色的测试动态范围、相位噪声、幅度精度和测试速度,支持多种功能如频谱分析、I/Q分析、实时频谱分析等,适用于无线通信、汽车电子、低轨卫星等领域1。另一方面,TFN也推出了RMT系列手持式频谱分析仪,这款仪器集信号分析模块、多制式解析算法软件于一体,满足、高校科研、通信运营商等多种应用需求,具有更高的测试频率、更大的解析带宽、更快的扫描速度等特点2。
此外,国产频谱分析仪正在逐步替代进口品牌,如keysight(是德)、RS(罗德)等,表明国产品牌在频谱分析仪领域的技术实力和市场竞争力正在不断提升
频谱分析仪的度主要体现在频率精度和幅度精度两个方面。
频率精度是指频谱分析仪在不同频率范围内的测量准确性。的频谱分析仪,如某些品牌型号,采用了的本振和频率合成技术,这些技术不仅提升了仪器的频率分辨率,还有效降低了相位噪声,从而使得测量结果在高频段也能保持1。
幅度精度则是影响频谱分析结果质量的另一关键因素。的频谱分析仪通过采用的信号处理技术,提供了的幅度测量功能。其内置的校准机制能够针对不同的测试环境和外部干扰进行动态调节,确保所测得的幅度值真实可靠。此外,低噪声增益设计进一步提升了仪器在微弱信号测量中的幅度精度,使得仪器在多变的工作条件下依然能够表现出的性能1。
除了频率精度和幅度精度,频谱分析仪的度还可能受到其他因素的影响,如仪器的老化率、频率漂移等。一些的频谱分析仪,如某些特定型号,具有极低的年老化率和频率漂移,从而确保了的测量结果2。
综上所述,频谱分析仪的度是其在各种应用场景中能否提供准确、可靠测量结果的关键所在。用户在选择和使用频谱分析仪时,应充分考虑其频率精度、幅度精度以及其他可能影响度的因素1。
频谱分析仪的校准方法主要包括频率校准、幅度校准和YTF(预选器)校准。
频率校准:
当频谱分析仪受到振动、运输、长期存放或环境温度变化较大时,其频率调谐可能会发生变化,导致频率测量误差。此时,需要进行频率校准。
校准过程主要以300MHz信号为参考信号,对频谱分析仪的扫描时间、中心频率、跨度(扫频宽度)、YIG主线圈延迟、次级线圈灵敏度、扫频灵敏度进行误差校准,使频谱分析仪的频率调谐范围正常。
使用频率/振幅校准电缆将校准信号(CAL OUTPUT)连接到频谱分析仪的信号输入端,按【CAL】【CALFREQ】进入频率校准程序。校准完成后,屏幕上会出现“CALDONE”信息,按【CALSTORE】键将校准数据存储在仪器的E2PROM中12。
幅度校准:
当频谱分析仪测量幅度的准确度发生变化时,需要进行幅度校准,以使仪器满足出厂指标。
校准过程主要以300MHz信号为参考信号,测量并修正频谱分析仪的全通道幅度、分辨率带宽滤波器、对数放大器和输入衰减器的误差。
使用频率/振幅校准电缆将校准信号(CAL OUTPUT)连接到频谱分析仪的信号输入端,按【CAL】【CALAMP】进入幅度校准程序。校准完成后,屏幕上会出现“CALDONE”信息,按【CALSTORE】键将校准数据存储在仪器的E2PROM中12。
YTF(预选器)校准:
预选器的扫频和跟踪是频谱分析仪谐波波段的关键。如果频谱分析仪在谐波波段上有较大的幅度误差,可能是仪器放置时间较长或环境温度变化较大所造成的,此时应进行YTF校准。
校准方法是使用YTF校准电缆,将100MHz梳状波(COMB)信号接到频谱分析仪的RF输入端,按【CAL】【CALYTF】进入YTF校准程序4。
通过以上步骤,可以确保频谱分析仪的测量结果准确无误,满足各种应用场景的需求。