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《无线电》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

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频谱分析仪的演进——《无线电》2013.08

2013-09-30 13:23:05

频谱分析仪就是一种频域测量仪器,用于展现信号能量在不同频率的分布情况,它通常具有比示波器更高的灵敏度,因此适合对射频小信号进行测量。频谱仪属于窄带测量,对特定频率上的信号能量(功率)测量精准度要优于示波器。随着无线通信技术的日新月异,电磁频谱管理和EMC电磁兼容技术日益受到重视,在射频领域,频谱仪的应用越来越广泛,在很多射测量分析场合,其作用甚至远远超过了示波器。例如,需要测量移动电话基站信号在特定地区的强度以及是否受到干扰或特频段的电磁辐射是否安全时,频谱仪就是常用仪器之一。在眼下很热门的EMC电磁兼容测试中,频谱仪更是主力仪器。

实现原理

频谱分析仪按照实现原理主要分为扫描调谐式频谱仪和实时频谱仪,目前主流的频谱仪多采用扫描调谐式架构,这是很成熟的传统经典架构,简称为扫频式频谱仪。实时频谱仪是近些年来新兴的频谱仪架构,主要通过计算来获得频谱数据,目前这项技术还在发展中。

通俗地说,扫描调谐式频谱仪就像一架无线电接收机或选频电平表,它以很快的速度依次扫描所选测量频率范围内所有频道,并将每个频道的电平以直方图的方式标示出来,从而构成频谱图基础。其中每个频道的带宽就是频谱仪的RBW分辨率(通常是可以设置的)。由此我们可以想到,在一定频率扫描范围内,如果RBW分辨率设置得越小,那么频谱图越为细致,也就越有利于展现频谱的细节特征,但同时所需扫描的数量也会越多。通常,频谱仪扫描处理速度是有限的,所以RBW设置得过小,会明显影响频谱显示的实时性。当扫频式频谱仪扫描带宽SPAN设置得过大,同时RBW设置得过小,我们会很明显地看到频谱图从左到右依次扫描逐渐形成的过程。实际上,使用频谱仪的过程中,为了考虑到频谱显示的速度,需要在扫宽SPANRBW设置中做出平衡。

最早期的频谱仪采用电调中心频率可变带通滤波器来调谐接收和分辨信号,这种频谱仪具有结构简单、易于实现的特点,缺点是灵敏度低、RBW分辨率差。后来,人们改进线路——采用超外差式线路(类似一些AM收音机),这使得频谱仪在灵敏度和RBW分辨率方面有了很大的提高。目前大部分入门级甚至中高档频谱仪依然采用超外差式扫频的构架,不过在实现电路和控制部分目前已经有很大的改进。

严格地说,扫频式频谱仪所显示的频谱图不是实时的,实际上,在很多情况下由于完成一幅频谱图的扫描时间很短(在几十毫秒到几百毫秒水平),频谱仪又工作在循环扫描状态,所以用户感觉仪器显示的频谱图几乎是实时的。扫频式频谱仪遇到保持时间小于频谱仪扫描周期的瞬时信号有可能会出现“漏信号”的情况。现代中高档扫频式频谱仪通过提高扫描和处理速度来改善频谱仪的实时性,有的扫频式频谱仪还内置FFT功能,以提供较小带宽下的实时频谱分析功能。

实时频谱仪是目前高端频谱仪和下一代频谱仪的发展方向,这种频谱仪在观测一些瞬时信号,如雷达、电子战中的脉冲信号、跳频信号时有明显的优势。

 

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■ 图1 安捷伦8563A频谱仪

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■ 图2 泰克RSA5106A实时信号分析仪

 

未完。。。

全文详见《无线电》2013.08



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