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淺談“射頻萬用表”頻譜分析儀
2015-08-18
頻譜分析儀對于射頻工程師來說是必不可少的測試工具，廣泛應(yīng)用于無線電技術(shù)的各個領(lǐng)域，本人畢業(yè)后一直從事研究的領(lǐng)域為微波與天線測量技術(shù)、微弱信號監(jiān)測、EMC/EMI測量等。射頻測量離不開頻譜分析儀，故同頻譜分析儀結(jié)下了不解之緣，因此，在這里我重點談一下“射頻萬用表”-- 頻譜分析儀。
頻譜分析儀廣泛應(yīng)用于無線電技術(shù)的各個領(lǐng)域，例如：電子對抗、衛(wèi)星通信、移動通信、散射通信、雷達、遙控遙測、偵察干擾、射電天文、衛(wèi)星導(dǎo)航、航空航天和頻譜監(jiān)測等領(lǐng)域。頻譜分析儀對各種類型的信號進行測量和分析時，可測量信號的不同特性。例如：信號的傳輸和反射特性測量、諧波失真測量、三階交調(diào)測量、激勵響應(yīng)測試、載噪比測試、信道功率測量、相位噪聲測量、衛(wèi)星頻譜測量、互調(diào)測量和電磁干擾測量等等。所以說在電子測量領(lǐng)域中，把頻譜分析儀稱為頻域中的“射頻萬用表”一點也不過分。
使用頻譜分析儀應(yīng)注意的問題
頻譜分析儀的應(yīng)用十分廣泛，那么在實際使用頻譜分析儀應(yīng)注意什么問題呢？
a) 頻譜分析儀的校準(zhǔn)：頻譜分析儀一般都有固定幅度和頻率的校準(zhǔn)器，使用頻譜分析儀測量信號特別絕對信號電平測量時，需要對頻譜分析儀進行校準(zhǔn)，以保證信號測量精度；另外，通過校準(zhǔn)信號的測量，可以檢查頻譜分析儀是否有問題。
b) 射頻輸入信號電平小于頻譜分析儀允許的安全電平：在頻譜分析儀輸入端接入射頻信號之間，一定要對輸入信號電平進行正確估算，避免頻譜分析儀射頻輸入大于頻譜分析儀允許的安全電平，否則將會燒毀頻譜分析儀輸入衰減器和混頻器。特別是在高功率信號測量中，要格外小心謹(jǐn)慎。例如用頻譜分析儀測量1W以上高功率放大器時，千萬記住在頻譜分析儀輸入端接衰減器，以使頻譜分析儀的射頻輸入信號小于頻譜分析儀允許的安全電平。
c) 確定頻譜分析儀是否允許直流信號輸入：目前，大多數(shù)頻譜分析儀不允許直流信號輸入，因此千萬注意測量信號是否包含直接成分。特別是在某些系統(tǒng)中，射頻信號和直流信號用同一根電纜傳輸，此時要特別小心，信號接入頻譜分析儀射頻輸入端口之前，一定在頻譜分析儀輸入端接隔直流器，以免損壞儀器。例如在很多衛(wèi)星通信系統(tǒng)，低噪聲放大器的直流加電線和射頻信號傳輸采用同一根電纜，測量這樣射頻信號時，
特別注意別忘了在頻譜分析儀射頻輸入接隔直流器，保護頻譜分析儀的射頻輸入電路。
d) 低電平信號測量：眾所周之，頻譜分析儀的靈敏度是指在特定帶寬下，頻譜分析儀測量小信號的能力。因此，在測量低電平信號時，特別是測量信號接近頻譜分析儀本底噪聲時，應(yīng)減小頻譜分析儀的射頻衰減和分辨帶寬，提高頻譜分析儀的靈敏度，提高低電平信號的測量精度。另外減少視頻帶寬和采用視頻平均技術(shù)，雖然不影響頻譜分析儀的靈敏度，但可以改善小信號測量精度。
e) 合理設(shè)置頻譜分析儀參數(shù)：在測試射頻信號時，合理設(shè)置頻譜分析儀的分辨帶寬、掃頻帶寬、視頻帶寬和掃描時間等，確保頻譜分析儀CRT不出現(xiàn)測量不準(zhǔn)的信號提示。當(dāng)頻譜分析儀CRT出現(xiàn)測量不準(zhǔn)信息，此時測量無法保證測量精度。
現(xiàn)代頻譜分析儀的發(fā)展趨勢
隨著信號處理技術(shù)、DSP技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，促進了頻譜分析儀的快速發(fā)展。目前頻譜分析儀都實現(xiàn)了高分辨率、大的動態(tài)范圍、高靈敏度、CRT數(shù)字顯示、乃至數(shù)字儲存和高可靠性的方向發(fā)展?，F(xiàn)代計算機技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)(DSP)在頻譜分析儀中使用，成為現(xiàn)代頻譜分析儀的發(fā)展趨勢。國外頻譜分析儀技術(shù)發(fā)展迅速，如美國的Agilent公司、Tektronix公司、德國R&S公司和日本的ANRITSU公司等都不斷地推出高性能的頻譜分析儀，并且以頻譜分析儀為基礎(chǔ)，不斷擴展其功能。未來的頻譜分析儀的發(fā)展方向是：
a) 向更寬頻帶、高靈敏度、高分辨率和大動態(tài)范圍方向發(fā)展
現(xiàn)代頻譜分析儀的頻率范圍更寬，靈敏度更高，分辨率高、動態(tài)范圍大，測量精度高，測量速度更快，更易于實現(xiàn)測量過程的自動化，易于實現(xiàn)儀器的小型化。如具有代表性的產(chǎn)品是美國Agilent公司的8565EC頻譜分析儀，其頻率范圍為9KHz～50GHz，分辨率帶寬1Hz～2MHz，最佳靈敏度可達-147dBm，噪聲邊帶為-113dBc/Hz（10KHz頻偏），同時肩有向更高頻率擴展、相位噪聲和數(shù)字無線電測試功能，使用非常靈活方便。
b) 向?qū)拵Ц咚賹崟r方向發(fā)展
實時頻譜分析可以對信號進行實時測試，可以在時域、頻域、調(diào)制域和碼域等多域內(nèi)，同時對信號的指標(biāo)進行全景式的觀察、監(jiān)測和分析，專用的信號分析軟件能夠復(fù)雜的測量任務(wù)，是現(xiàn)代通信分析儀的發(fā)展趨勢。
實時頻譜分析儀可以在一臺儀表中同時獲得寬帶矢量信號分析儀和頻譜分析儀的功能，并具備獨有的觸發(fā)-捕獲-分析能力。典型的代表產(chǎn)品是美國Tektronix公司的3086實時頻譜分析儀，可以一次采集整塊頻譜、連續(xù)分析全幀信號，同時具有多種靈活的觸發(fā)方式，對猝發(fā)信號、瞬變信號和時控信號的分析測量非常方便。
頻譜測試儀產(chǎn)品鏈接：http://www.kafenchem.com/product/Spectrum-Analyzer/
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