频谱分析仪的分类及原理

零式未来
2022-06-30
来源:零式未来

    频谱分析仪是用于剖析信号中常带有的频率成分的专用仪器。伴随着无线通信和自动化技术的飞速发展,频谱分析仪的技术性能和测试功能日益健全。现阶段一些新奇高端的频谱分析仪具备大频率测量范畴,强的精确度、敏感度及其稳定性,可以用来测量信号的很多主要参数。如输出功率测量、频率测量、调配测量、失帧测量、噪音测量、EMC/EMI测量这些。


    泰克频谱分析仪按其结构原理可分成两类,即模拟式频谱分析仪和数显式频谱分析仪。初期的频谱分析仪归属于模拟式,现阶段模拟式频谱分析仪仍在广泛使用。数显式频谱分析仪要以高通滤波器或FFT为基本组成的,因为数显式频谱分析仪遭受数字系统的作业效率的限定,因而该类频谱分析仪大多数应用于低频率段。除此之外,当代一些新奇高端的频谱分析仪,即能用于测量低频率信号,又能用于测量高频率信号,其结构归属于之上二种类别的混和,常称之为“仿真模拟¾数据”混合频谱分析仪。


    根据频谱分析仪的完成方式和频带检测的建立技术性,频谱分析仪一般可分成:带通滤波器检测仪、迅速傅里叶变换(FFT)检测仪、频偏式频谱分析仪和即时频谱分析仪。


    1、带通滤波器检测仪


    初期完成频谱分析仪的方式便是将待测信号与此同时引进一系列网络带宽同样,但核心频率以网络带宽为步进电机等差增长的带通滤波器,再各自根据各频率检波器检波,获得各频率点输出功率的多少,最终再根据显示器显示出来。这类频谱分析仪称之为带通滤波器频谱分析仪。


    图1所显示为带通滤波器检测仪的工作原理程序框图。依照此图进行工作的检测仪,称之为带通滤波器频谱分析仪。带通滤波器频谱分析仪的最少频率辨别网络带宽是通过带通滤波器的网络带宽确定的。假定带通滤波器的网络带宽是100kHz,那样带通滤波器泰克频谱分析仪的频率精密度仅有100kHz。主要是因为好几条频率的功率谱密度线假如发生同一带通滤波器的100kHz频率范围之内,那样带通滤波器的频谱分析仪的测试结果在这里100kHz范围之内,只表明一条功率谱密度线,带通滤波器将测到其频率范畴里的动能,而无论是多少频带分量造成这一总能量。因而对密切邻近的频带分量,其最少频率辨别网络带宽受限于带通滤波器的宽带网络。


频谱分析仪的分类及原理

    图1带通滤波器检测仪的工作原理程序框图


    带通滤波器频谱分析仪的最大优点是能快速追踪信号频带随时间的变化,但他的较大缺点是为了确保最少频率屏幕分辨率网络带宽,必须应用窄带滤波器,需要窄带滤波器的总数伴随着带通滤波器频谱分析仪的测量频率范畴的扩大及最少频率屏幕分辨率的降低而提升。因为这一根本原因,带通滤波器频谱分析仪关键用在可容下辨别网络带宽十分宽的场所。


    2、FFT检测仪


    大家都知道,迅速傅氏转换(FFT)可以用来明确频域信号的时域表明方式(频带)。信号务必在频域中被智能化,随后实行FFT优化算法来算出频带。图1-2所显示,为FFT频谱分析仪的简单化基本原理程序框图。


    由图2得知,FFT频谱分析仪的原理是:最先RF键入信号根据一个可变性光衰减器,以保证不一样的测量范畴;随后,信号根据带通滤波器,滤去频谱分析仪频率范畴外的不希望的高频率分量;根据采样器,对信号波型开展抽样,再换抽样电源电路和数模转换器的一同功效变成数据方式,运用FFT测算波型的频带,并把结论在显示屏上显示信息,进而测量出信号频带。


频谱分析仪的分类及原理

    图2FFT频谱分析仪的简单化基本原理程序框图


    FFT频谱分析仪能进行多路过滤器式检测仪同样的作用,但不用应用很多带通滤波器。所不同的是FFT检测仪选用数据信号解决来实现好几个过滤器非常的作用。FFT频谱分析仪的基础理论依据为匀称抽样定理和傅里叶变换。


    匀称抽样定理:一个在频带中不带有超过频率fmax分量的比较有限频段的信号,由对该信号以不超过1/2fmax的间隔时间开展的取样值唯一地明确。当这种取样信号根据截至频率f的理想化带通滤波器后,可以将原信号彻底复建。当FFT频谱分析仪的模/数转化器的具体取样频率fs应达到:


    频谱分析仪的分类及原理(1-1)


    截至频率f与取样频率fs及其fmax的关联如下所示:


    频谱分析仪的分类及原理(1-2)


    傅里叶变换:根据傅里叶变换,信号可以用频域函数f(t)详细地表述出去,也可以用时域函数公式F(jw)详细地表述出去,并且二者之间有紧密的关联,在其中只需一个明确,另一个也随着唯一地明确。因此可完成频域向时域的变换。


    3频偏频谱分析仪


    现阶段常见的频谱分析仪选用频偏功率放大电路计划方案,与无线通信接收器类似,频谱分析仪能全自动在全部所在意的频段内开展频偏,表明信号力度和频率成份。频偏频谱分析仪在低频率股票波段已逐步被FFT检测仪替代,但频射、微波射频和毫米波通信频率范围之内,频偏频谱分析仪占上风。


    频偏频谱分析仪普遍有二种类型,其一是自动调谐过滤器式频谱分析仪,这类频谱分析仪是通过在全部频率范围之内挪动一个带通滤波器的核心频率及网络带宽来工作中的。核心频率全自动不断在信号频带范围之内扫描仪,从而先后挑选出待测信号各频带分量,经检波和视频放大后加至显示器的竖直偏移电源电路,而水准偏移电源电路的键入信号来源于自动调谐过滤器核心频率的扫描仪信号的同一扫描仪信号产生器,水平轴的部位就表明频率。这类频谱分析仪的优势是结构简易,价格低,不造成虚报信号;缺点是频谱分析仪的精确度低,屏幕分辨率差。其二是频偏超外差式频谱分析仪,这类频谱分析仪的原理广泛被当代检测仪所选用。比如国外Agilent公司的Agilent8560EC系列产品频谱分析仪、AgilentESA-E系列产品频谱分析仪、Agilent8590系列产品频谱分析仪、日本安立企业的MS2681A/MS2683A/MS2687B/MS2668C这些,使用的全是频偏超外差式频谱分析仪。频偏超外差式频谱分析仪是把固定不动的捷变高频放大仪做为挑选频率的过滤器,把本振频偏元器件,频率从低到高导出一串本振信号,与导入的待测信号里的各频率分量逐一混频,使之先后变成相对应的高频频率分量,经变大、检波视频过滤,最终在CRT(显示屏)上表明测量结论。当代无线通信测量广泛使用超外差式频谱分析仪,因而有关超外差式频谱分析仪的原理,将于后边章节目录中详解。


    4即时频谱分析仪


    伴随着RF工艺的不断进步,现阶段频射信号背负着繁杂的调制技术,与过去的频射信号对比,其间断性更高一些,突发更强。他们在没有与此同时点中间转变、跳帧,迅速做到最高值,随后消退,不能预测分析。结论使测量和研究这种信号的方法遇到了前所未有的考验,传统式的超外差式频谱分析仪没法完成在时域、频域或调配域中剖析不同时间上瞬间信号的工作能力。如何正确开启、捕捉、全面分析和检测现阶段繁杂随时间变化的RF信号?正变的愈来愈重要。即时频谱分析仪的产生为人们带来了在无线通讯检测行业强有力的专用工具。


    即时频谱分析就是指开启、捕捉和剖析随时间变化的RF信号的工作能力。即时频谱分析仪不但具备频谱分析的工作能力,并且可同时进行频域信号的剖析、调配信号剖析和矢量素材信号剖析,更重要的是能捕捉持续信号、间断性信号和任意信号,并具备实时监控的频率事情的开启工作能力。


    即时频谱分析的基本要素是可以开启RF信号,把信号无缝拼接地捕捉到内存条中,请在好几个域(时域、频域和解调域等)中剖析信号,这样就能够靠谱地检验和计量检定随时间变化的RF信号特性。


频谱分析仪的分类及原理

    图3即时频谱分析仪的简单化基本原理程序框图


    即时泰克频谱分析仪能够在设备的全部频率范围之内自动调谐RF前面,它把键入信号下变频为固定不动的高频IF,随后对信号开展过滤,应用ADC开展智能化,末尾传输到DSP模块,DSP模块管理方法着设备的开启、运行内存和解析作用。即时频谱分析仪为给予即时开启、无缝拼接信号捕捉和时长有关多域剖析而提升的。即时频谱分析仪一旦检验、数据采集和储存了某一RF信号,能够开展时域测量、频域测量和解调域测量。


小零总结:有关于频谱分析仪的分类及原理相关内容,小零就先为大家介绍到这里了,希望可以帮助到大家。如果想要了解更多内容,请关注美国泰克示波器代理商,吉时利华南平台深圳零式未来科技,以后会不断更新敬请期待。

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