您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
頻譜分析儀是怎樣工作的
信號(hào)的頻譜分布實(shí)際上就是測(cè)量結(jié)果在頻域上的反映，頻域和時(shí)域的關(guān)系如圖1所示。示波器在時(shí)域測(cè)得近似方波的信號(hào)，經(jīng)過傅里葉變換被分解為基波和高達(dá)11次奇次諧波。當(dāng)用頻譜分析儀從頻域觀察時(shí)，能夠識(shí)別出所有頻率組成。以圖1為例，基波、3次諧波、5次諧波和11次諧波可以被區(qū)分出來。由此可以看出，時(shí)域和頻域是從不同角度對(duì)同一個(gè)信號(hào)的描述。
簡(jiǎn)單介紹下頻譜分析儀的工作原理：以帶寬接收機(jī)開始，然后逐漸涉及頻譜分析儀的其他部分。在了解這些內(nèi)容和頻譜結(jié)構(gòu)的基本概念后，讀者應(yīng)該對(duì)RBW和VBW功能有所了解。
帶寬接收機(jī)
頻譜分析儀的工作原理就像一個(gè)帶寬接收機(jī)，帶寬范圍從幾十KHz或幾十MHz開始。接收機(jī)的功能是將輸入信號(hào)的頻率轉(zhuǎn)換為檢測(cè)回路能處理的頻段，正如我們所知的外差法。圖2位帶寬接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)混頻器、一個(gè)本機(jī)振蕩器（LO）和一個(gè)帶通濾波器。本機(jī)振蕩器產(chǎn)生一個(gè)混頻振蕩信號(hào)?；祛l器將輸入信號(hào)與本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)混合在一起，總信號(hào)就包括兩種信號(hào)的和與差。量信號(hào)之差成為中頻（IF），它是檢測(cè)回路使用的部分信號(hào)。帶通濾波器濾掉信號(hào)中不需要的成分，然后將僅留下的IF傳到檢測(cè)和顯示單元。頻譜分析儀本質(zhì)上是一個(gè)帶寬接收機(jī)，因此需要不只一次的頻率轉(zhuǎn)換。次數(shù)由頻率范圍、頻率分辨率和RBW濾波器決定。
衰減器
將衰減器置于射頻輸入路徑，擴(kuò)寬了輸入信號(hào)準(zhǔn)位的動(dòng)態(tài)范圍或?qū)︻l譜分析儀增添了更多的輸入保護(hù)。參考圖3，衰減器將來自混頻器（RF中部）的信號(hào)準(zhǔn)位限制在一定范圍內(nèi)，如果輸入信號(hào)超過參考準(zhǔn)位，將會(huì)引起測(cè)量誤差或偽噪聲，這就是為什么某些頻譜分析儀會(huì)在特定信號(hào)條件下列出儀器規(guī)格，包括混頻器中具體的信號(hào)準(zhǔn)位。
分辨率濾波器
當(dāng)輸入信號(hào)頻率轉(zhuǎn)換為更低頻帶并濾入檢測(cè)和顯示單元時(shí)，為了區(qū)別頻率接近的信號(hào)，會(huì)用到RBW（分辨率帶寬）濾波器，如圖4所示。
圖5，在不同分辨率帶寬下，RBW濾波器如何區(qū)分兩種信號(hào)。將兩個(gè)等幅信號(hào)通過兩種RBW濾波器濾波，其中RBW1的分辨率優(yōu)于RBW2。從結(jié)果可以看出，當(dāng)通過較窄RBW1濾波器時(shí)，能清晰分辨出兩種信號(hào)，但是通過較寬RBW2濾波器時(shí)，結(jié)果就不如RBW1。我們可以預(yù)測(cè)到，如果RBW2的分辨率帶寬更寬，我們甚至?xí)⒔Y(jié)果誤認(rèn)為是一個(gè)信號(hào)。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)的頻率十分接近時(shí)，這種情況機(jī)會(huì)發(fā)生。另一種情況是，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)的幅值差距很大，RBW1仍能夠檢測(cè)到較小信號(hào)，但是RBW2卻不能，如圖6所示。所以這些濾波器又稱為分辨率濾波器。
檢波器
RBW濾波之后，檢波器能夠檢測(cè)能量并將其轉(zhuǎn)換成直流電壓。顯示單位利用該直流電壓描繪頻譜分布，如圖7所示。
視頻濾波器
在直流電壓進(jìn)入顯示單元之前，需要將檢波器產(chǎn)生的噪聲壓縮，這個(gè)濾波器成為視頻濾波器，它的帶寬成為VBW，系統(tǒng)如圖8所示，視頻來自電視廣播系統(tǒng)。視頻濾波器也作為后置濾波器，圖9呈現(xiàn)出VBW對(duì)顯示輸出的影響。如果待測(cè)信號(hào)通過兩個(gè)VBW濾波器，其中VBW1小于VBW2，結(jié)果顯示VBW2的底噪要比VBW1大。換句話說，視頻濾波器將底噪平均了。但要注意的是，底噪準(zhǔn)位并沒有改變，VBW濾波器僅平均噪聲準(zhǔn)位，并不影響信號(hào)底噪的總體幅值。
掃描時(shí)間
上述內(nèi)容介紹了頻譜分析儀的基本機(jī)構(gòu)，而且對(duì)RBW和VBW也作了詳細(xì)解釋。一般來說，掃描時(shí)間與頻譜分析儀的頻率分辨率成反比。掃描時(shí)間越快，解析度越低（RBW、VBW越寬）；掃描時(shí)間越慢，解析度越高（RBW、VBW越窄）。因此如果選擇較窄的RBW或VBW，顯示信號(hào)的時(shí)間就會(huì)變長。這就意味著RBW和VBW越窄，掃描時(shí)間越長。對(duì)于RBW/VBW/掃描時(shí)間，絕大多數(shù)頻譜分析儀都具有自動(dòng)和手動(dòng)選擇模式。自動(dòng)模式權(quán)衡了頻寬、RBW、VBW和掃描時(shí)間，通常能獲得很好的結(jié)合。