頻譜分析儀的使用技巧

呂 樓

中國電子科技集團公司第四十一研究所

頻譜分析儀的使用技巧

呂 樓

中國電子科技集團公司第四十一研究所

隨著電子技術的發展，世界各國加速了對電子領域的研究，具體體現在競相提高通信、雷達、遙控、導航等無線電電子設備的威力和效能等方面。在這些方面，頻譜分析儀成為必不可少的信號分析手段。頻譜分析儀可以對信號的頻率、電平、頻譜純度及抗干擾特性進行分析，使其成為電子領域必不可少的測量工具。通過闡述頻譜分析儀組成原理，分析頻譜分析儀參數的相關性及探討決定頻譜分析儀性能的諸多因素，從而避免頻譜分析儀在使用過程中由于操作不當導致的測試結果失真，保證測試結果的準確性和有效性，滿足實際應用需求。

頻譜分析儀；使用；中頻信號處理

頻譜分析儀是一種常用的信號測量與分析工具，在日常工作中發揮著非常重要的作用。掌握好、使用好頻譜分析儀是對微波技術從業人員的基本要求。多年來頻譜分析儀一直伴隨著我技術工作的進程，下面就它的原理及使用跟大家做一交流。

1 頻譜分析儀的分類及工作原理

1.1 頻譜分析儀的分類

FFT(快速傅立葉變換)分析儀，是用數值計算的方法來處理一定時間周期的信號，可提供頻率、幅度和相位信息。它的特點是速度快、精度高，但其分析頻率帶寬受ADC(模擬數字轉換)采樣速率限制，適用于窄帶寬信號分析、快速測量場合、并行濾波器組處理。掃頻式頻譜分析儀，可分析穩定的和周期變化的信號，可提供信號幅度和頻率信息，適用于寬頻帶快速掃描測試、濾波器掃描測試。(1)輸入衰減器作用：第一級處理，輸入Attenua-tor，保證頻譜儀在寬頻范圍內保持良好的匹配特性；保護內部混頻及中頻處理電路，防止損壞；防止產生過大非線性失真。(2)內部輸入衰減器與中頻放大器保持聯動關系，中頻放大器具有自動補償衰減的作用，輸入信號測量不會受衰減器設置影響。(3)當ATT設置為Auto時，改變參考電平，ATT會隨之改變。

1.2 工作原理頻譜分析儀工作原理

并不復雜，與日常使用的收音機、電視機工作原理相似，都稱為超外差接收方式.圖1是頻譜儀的基本原理框圖。

圖1 頻譜儀工作原理框圖

如圖1所示，本振頻率受斜波發生器的控制，在斜波發生器的控制下，本振頻率將從低到高線性變化。同時斜波發生器產生的斜波電壓加到顯示器的X軸上。混頻器輸出的中頻頻率經過中頻濾波器后輸出到檢波器，經過檢波器的包絡檢波，得到一個視頻信號，輸出經視頻濾波器后接到Y軸上，視頻信號在陰極射線管內垂直偏轉，即顯示出信號的幅度。由于X軸上顯示的頻率值是斜波發生器電壓值的函數，所以可以對應于被測信號的頻率值，而Y軸上顯示的是相對應的信號幅度，因此頻譜儀顯示器上顯示的是輸入信號的頻譜。

2 使用方法

2.1 頻譜儀初始設置

在信號測試時，通過菜單設置正確的輸入阻抗，達到與被測信號源輸出阻抗匹配。必須設置正確的信號中心頻率，以及我們需要測試的起始和截止頻率。同時根據測試信號的電平大小設置相對應的電平值。為了便于觀察，要根據信號信噪比的大小來正確選擇顯示屏幕上每刻度相對應的電平值，一般分為10dB/Div、5dB/Div、2dB/Div、1dB/Div。通過這四步設置后，一般都能從頻譜儀上得到我們需要觀察信號的頻譜。但僅僅這樣不能夠很好的區分相鄰頻帶，底噪過大，不利于小信號的觀察。這些都需要對頻譜儀進行進一步的設置，來完善所觀察到的信號。

2.2 頻譜分析儀輸入口保護

估算待測模塊或整機的最大輸出功率(可根據技術指標，考慮可能產生的自激情況)，在頻譜分析儀的輸入口串接合適(包括衰減值、額定功率大小)的衰減器。要注意儀器端口所接的電纜、衰減器及隔離器是否規范(轉動部位)。

2.3 頻率分辨帶寬

RBW設置RBW(Resolution Bandwidth)頻率分辨帶寬是一個非常重要的參量，它是由圖一中的中頻濾波器的帶寬所決定的。RBW代表兩個不同頻率的信號能夠被清楚的分辨出來的最低分辨帶寬，兩個不同頻率的信號頻寬如果低于頻譜分析儀的RBW，此時該信號將重疊，難以分辨。對于兩條緊密相關的譜線，其分辨力取決于濾波器的帶寬。通過實際對頻譜分析儀RBW的操作試驗，分辨率帶寬每增加10倍，頻譜儀顯示噪聲電平也相應提高10倍。因此在實際使用中提高頻譜分析儀的靈敏度需要將RBW設置的盡可能小，以增加頻譜儀的分辨率，同時降低噪聲電平的值，但是RBW設置過小時，將濾除較高頻率的信號成份，導致信號顯示時產生失真，同時較窄的帶寬會導致掃描時間過長。因此要根據實際電平需要進行反復調整。

2.4 所有儀器必須接地良好

如果某一設備(儀器)未接地或地線接觸不良，會造成設備端口帶電，這對于功率探頭、信號源輸出口、頻譜儀輸入輸出端口及HPIB、GBIP端口是致命的，因為它可以在該端口與其它設備相連的瞬間放電，從而損壞內部電路(輸入衰減器ATT、混頻器、放大器或輸入電路等)，造成較大的經濟損失。CRT顯示儀器后面都有專門的接地端，有的儀器則沒有。國外都是通過三芯電源插頭插座的接地端與地相連來保證儀器的接地。但實際使用的電源插座因質量不合格或接觸不良，沒法保證接地，所以要求所有儀器設備都必須另接地線，與地網相連。特別需要注意的是，有時候儀器需在各崗位之間調用，這時必須要注意儀器的接地。

隨著射頻信號頻率的不斷提升，其信號特征正得到越來越多的關注。在論述頻譜分析儀組成原理，分析決定頻譜分析儀性能因素的基礎上，列舉了由于對頻譜分析儀使用不當導致測試結果失真的案例。測試工程師在應用頻譜分析儀進行射頻信號測試時，應充分了解頻譜分析儀的性能，盡可能排除由儀器自身特性造成的對測試結果的影響，充分發揮頻譜分析儀在射頻測試領域的最大效能。

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