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扫频超外差式频谱分析仪的定义和测量原理

时间:2018-10-25
 

        在扫频超外差式频谱分析仪中,输入信号进入频谱仪后经过输入衰减器和预选器或低通滤波器,与本振( LO )混频,将混频产物中等于中频( IF )的信号送到检波器,检波器输出视频信号通过放大、采样、数字化后在屏幕上显示。频谱仪依靠中频滤波器分辨各频率成分,检波器测量信号功率,依靠本振和显示横坐标的对应关系得到信号频率值。典型的扫频超外差式频谱分析仪的系统框图如图5所示。

        输入衰减器

        输入衰减器是信号在频谱仪中的第一级处理,其内部电路如图6所示。可调衰减器前面的电容用于隔直流,以免输入直流电压损坏混频器,但是带来了仪表的假须响应(如 100Hz )性能下降,所以又设置了一路直通通路。在一些中高端频谱仪中,为确保测量精度长久稳定,还内置了高精度参考信号作为校准信号源,以便仪表能够进行周期性的自检。

        频谱分析仪输入衰减器用来实现两个功能:一是保证频谱仪在宽频范围内保持良好的匹配特性;二是保护混频及其他中频处理电路,防止部件陨坏和产生过大非线性失真。当改变输入衰减器设置时,信号电平会受到影响,如衰减由 10dB变为 20dB时,信号幅度被人为减小 10dB,相应检波输出也会降低;为补偿该变化,频谱仪内部会利用放大器将信号放大,以补偿衰减影响。所以,当在改变衰减器设置时,输入信号在频谱仪上的读数显示并不发生变化,变化的是底噪和内部产生的失真信号。

        频谱仪的输入衰减器设置有手动设置和自动设置两种模式。自动设置衰减器的原则,是保证:

        输入信号电平( Ref Level )-衰减器设置( Attenuation<=混频器工作电平( Mixer Levei ) ( 1 3 . 1 )

        在自动设置状态下,衰减器的设置值受参考电平的设置值影响。

        低通滤波器或预选器

        低通滤波器和预选器滤除带外信号进入混频器,以免产生过多落入中频带宽内的无用信号。测试频率位于低频段( < 3GHz )的一般采用低通滤波器,微波频段( > 3GHz)则采用可调预选器。

        混频器

        混频器完成信号的频谱搬移,也就是将不同频率的输入信号变化到相应频率。在混频过程中会存在镜像干扰问题,例如:

        当输入信号频率为 800MHz ,本振信号频率为 78MHz时,中频信号频率为

        800MHZ-780MHz=20MHz

        则镜像干扰信号频率

        780MHz-20MHz=760MHz

        760MHz 信号是 800MHz 信号的镜像干扰。镜像干扰所带来的测量问题,是无法判断频谱仪的中频信号是 760MHz 信号的响应还是 80OMHz信号的响应,需要采用相应的方法来解决这个问题,如低通滤波器和带通预选器(又称跟踪滤波器) .

        中频滤波器

        中频滤波器是频谱分析仪中关键组件,频谱仪主要依靠该滤波器来分辨不同频率信号,许多关键指标都和中频滤波器的带宽和形状有关。

        可通过对仪器面板上RBW 参数的设置来调节中频滤波器。 RBW 可自动和手动设置;自动状态下,RBW 由扫频宽度( Span )决定。R BW 影响频谱仪的显示噪声电平、频率分辨率和测试速度。在绝大多数测试标准和规范中都规定了 RBW设置,该指标直接影响测试结果。

        检波器

        检波器将输入信号功率转换为输出视频电压,该电压健树应于输入信号功率。针对不同特性的输入信号(正弦信号、噪音信号、随机调制信号等),需采用不同的检波方式才能准确地测量该信号的功率。

        视频滤波器

        视频滤波器对检波器输出的视须信号进行低通滤波处理,减小视频带宽可以对频谱显示中的噪声抖动进行平滑,从而减小显示噪声的抖动方位,有利于频谱仪发现淹没在噪声中的小功率 CW 信号,从而提高测量的可重复性。

        可通过对仪器面板上 VSW 参数的设置来调节视须滤波器。 VBW 可自动和手动设置;自动状态下, VSW 由 RBW 决定,两者存在一定的比值关系。 VBW 设置影响信号显示频谱的平滑程度和测试速度。

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