怎样用频谱分析仪測量十分邻近和相对弱小的信号

天下好友

怎样用频谱分析仪測量十分邻近和相对弱小的信号
    在用频谱分析仪测量信号时，正确地设定分辨率带宽（RES BW），是减少测量误差、捕捉两个十分邻近和相对弱小信号的关键。我们知道，分辨率与频谱仪中频滤波器（IF滤波器）的带宽有关，带宽越窄，分辨率越高。除了滤波器的带宽之外，形状因数（shape factor）、滤波器类型、剩余调频（residual FM）和噪声边带也是设定分辨率带宽时应考虑的因素。下面，我们将依次分析每一项。
    首先，我们注意到，测试信号在频谱分析仪显示屏上不可能显示为无限细的线，它本身有一定的宽度。当调谐通过信号时，其形状是频谱分析仪自身分辨率带宽（IF滤波器）形状的显示。这样，如果改变滤波器带宽，就改变了显示响应的宽度。惠普公司（HP）生产的频谱分析仪，規定分辨率带宽为滤波器的3dB带宽，見（图一）。3dB带宽告诉我们如何将两个相隔十分邻近的等幅信号彼此分开，一般的说，如果两信号的间隔大于或等于所选用分辨率带宽滤波器的3db带宽，两个等幅信号就可以分辨出来。例一，两个等幅信号间隔10kHz，用10kHz的分辨带宽容易分开它们，因为两个信号之间将有约为3db的下陷，很清楚，这表明了有一个以上的信号、见（图二）。
    形状因数（亦称带宽选择性），是对頻谱分析仪分辨相邻的不等幅信号的量度，对于给定的分辨滤波器，形状因数是60dB带宽对3dB带宽之比，见（图三），通常HP频谱分析仪IF滤波器具有≤15∶1的形状因数。在我们测量两个不等幅的邻近信号时，如果小信号非常接近大信号，会因大信号而掩蔽小信号，換言之，小信号有可能掩埋在大信号的裙边中。对于幅度相差60db的两个信号，其间隔应至少是60dB带宽的一半或小于一半（用近似3dB下降）。15∶1的形状因数的含义是，1kHz分辨带宽对应的60db带宽是15kHz，它的一半是7.5kHz，如果大小信号间隔是10kHz，利用1kHz的分辨带宽就能区分出它们。例二，在上例中，两个等幅信号间隔10kHz，显然，用10kHz分辨率区分信号是设有问题的，但是，对于相隔10kHz而幅度下降50dB的失真产物（小信号），则有可能被掩没，如果3kHz滤波器的形状因数是15∶1，滤波器下降60db的带宽是45kHz，失真产物（小信号）将隐藏到测试信号（大信号）裙边之下，见（图四）。重新设定一个分辨带宽1kHz的窄带滤波器，对应60dB的带宽是15kHz，失真产物（小信号）就很容易被观察到（因为60db带宽的一半是7.5kHz，它小于频带的间隔10kHz，因此，本例测量所需设定的分辨带宽应不大于1kHz，见（图五）。
    影响分辨率的另一个因素是频谱分析仪的剩余调频，剩余调频与频谱分析仪的本地振荡器的频率稳定度相关，一个频谱分析仪的分辨带宽不可能做得非常窄，以致能观察到它自身的不稳定度，如果它能够这样做，那么我们将不能够区分频谱分析仪和加入信号两者的剩余调频，并且剩余调频使显示的信号模糊不清，见（图六）、以致在規定的剩余调频内的两个信号不能被分辨出来。这就意味着，频谱分析仪的剩余调频决定了可允许的最小分辨带宽，同样，它决定了等幅信号的最小间隔。用锁相构造的本地振荡器作为参考源可降低剩余调频，也降低了最小可允许的分辨带宽。高性能的频谱分析仪之所以价格昂贵，就是因为它有较好的相位锁定系统，具有较低的剩余调频和较小的最小分辨带宽。
    噪声边带(亦称相位噪声)，是一种调制边带，作为在信号响应的基底上的噪声边带表现为不稳定性，这个噪声可能掩盖近端（靠近载波）低电平信号，见（图七）。換句话说，只考虑带宽和形状因数，我们可能会看到它，但是这些噪声边带影响了高电平近端低电平信号的分辨率。边带噪声一般只出现在最窄分辨带宽的情况，因为较窄滤波器所需的响应时间较长，当扫描时间太快时，频谱分析仪的分辨带宽滤波器不能够充分响应，即幅度下降、频率向上移，见（图八）。为了保持正确的读数状态，我们应该遵循下面的扫描时间设置
          扫描时间≥k×扫描间隔／（分辨率带宽）2
    从上式我们可以看到，同样的扫描间隔（span），窄的分辨率带宽（RES BW）意味着长的扫描时间（SWP）。这里，对于平顶滤波器，10≤k≤20，对于同步调谐模拟滤波器，2～5≤k。对于利用数字信号处理的频谱分析仪，k≤1，这表明。，数字分辨带宽有着优良的形状因数和测量速度。一般频谱分析仪能自动联鎖扫描时间，根据选取的扫描间隔和分辨带宽自动地选择最快可允许的扫描时间，如果手动选取的扫描时间太快，显示屏上会出现信息。
    最后，需要指出的是，在测量中总会出现一定量的杂波，通常情况下杂波很小，可以忽略不计。但测量低电平信号时杂波问题就严重了，通常杂波占有很宽的频带，如果测量值含杂波电平，那么测量误差将会取决于杂波电平。分辨率带宽较窄，允许杂波通过量较少，显示器上的杂波层下降。分辨率带宽变化2倍，将导致杂波电平变化3dB。杂波电平的下降，可使原先被杂波掩盖的较小信号也能测量到。如果我们通过调分辨率带宽之后，信号依然接近噪声（杂波），则可用调节衰減和視频带宽（VBW）来改进信号的可视度，对于衰减和視频带宽，本文不作具体分析。
    综上所述，适当窄的分辨带宽，适当小的输入衰减，适当的視频带宽（视频带宽≤0.1―0.01分辨带宽）是我们用频谱分析仪测量两个十分邻近或相对弱小的信号，减少测量误差应掌握的基本方法。

chenjianeng

路过，大致看过。

microwave9

支持![em08]

xiaolifeidao

支持,以前搞过