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什么是频谱分析仪?频谱分析仪的工作原理

2021-02-20 07:48:36

什么是频谱分析仪?频谱分析仪的工作原理

什么是频谱分析仪?频谱分析仪的工作原理

 


频谱分析仪从根本上说是一种测试仪器,可以在射频范围内测量电路或系统中的各种参数。


频谱分析仪是用于测量频率和许多其他参数的重要测试之一。有趣的是,频谱分析仪用于测量我们知道的信号并找到我们不知道的信号。由于其准确性,频谱分析仪已在电气和电子测量领域获得了许多应用。它用于测试许多电路和系统。这些电路和系统在射频级别上运行。



凭借其不同的模型配置,该设备在仪器仪表和测量领域具有其自身的多功能性。它具有不同的规格,尺寸,甚至可以根据特定应用提供。目前正在研究在甚高频范围内以超高频水平使用该设备。它甚至可以连接到计算机系统,并且测量结果可以记录在数字平台上。


什么是频谱分析仪?


频谱分析仪从根本上说是一种测试仪器,可以在射频范围内测量电路或系统中的各种参数。一台普通的测试设备会根据其相对于时间的幅度来测量数量。例如,电压表将基于时域测量电压幅度。因此,我们将获得交流电压的正弦曲线或直流电压的直线。但是频谱分析仪会根据幅度与频率的关系来测量数量。


频域响应


如图所示,频谱分析仪测量频域中的幅度。高峰值信号代表幅度,在这两者之间,我们也有噪声信号。我们可以使用频谱分析仪消除噪声信号,并使系统效率更高。信噪比抵消因子(SNR)是当今电子应用的重要功能之一。例如,耳机带有降噪方面。为了测试这种设备,使用了频谱分析仪。



框图


频谱分析仪的框图如上所示。它由一个输入衰减器组成,该衰减器会衰减输入的射频信号。衰减后的信号被馈送到低通滤波器以消除纹波含量。


滤波后的信号与电压调谐振荡器混合,并馈入放大器。该放大器被馈送到阴极射线示波器。另一方面,我们也有一个扫描发生器。两者都送入CRO进行垂直和水平偏转。


频谱分析仪的工作原理


频谱分析仪从根本上测量信号的频谱含量,即馈入分析仪。例如,如果我们要测量一个滤波器的输出,比如说低通滤波器,那么频谱分析仪将在频域中测量输出滤波器的频谱含量。在此过程中,它还将测量噪声含量并将其显示在CRO中,


如框图所示,频谱分析仪的工作可以从根本上分类为在阴极射线示波器上产生垂直和水平扫描。我们知道,被测信号的水平扫描将相对于频率,垂直扫描将相对于其幅度。



加工


为了产生被测信号的水平扫描,将射频电平的信号馈入输入衰减器,后者会衰减射频电平的信号。衰减器的输出被馈送到低通滤波器,以消除信号中的任何纹波成分。然后将其馈送到放大器,该放大器将信号的幅度放大到一定水平。


在此过程中,它还与以一定频率调谐的振荡器的输出混合。振荡器有助于产生反馈波形的交替性质。与振荡器混合并放大后,信号被馈送到水平检测器,水平检测器将信号转换为频域。在频谱分析仪中,信号的频谱量在频域中表示。


对于垂直扫描,需要幅度。为了获得振幅,信号被馈送到电压调谐振荡器。电压调谐振荡器在射频水平上调谐。通常,电阻器和电容器的组合用于获得振荡器电路。这称为RC振荡器。在振荡器级别,信号相移360度。对于此相移,使用了不同级别的RC电路。通常,我们有3个级别。


有时甚至将变压器也用于相移。在大多数情况下,还可以使用斜坡发生器来控制振荡器的频率。斜坡发生器有时也连接到脉宽调制器以获得脉冲的斜坡。振荡器的输出被馈送到垂直扫描电路。它在阴极射线示波器上提供振幅。


频谱分析仪的类型


频谱分析仪可以分为两类。模拟和数字。


模拟频谱分析仪


模拟频谱分析仪使用超外差原理。它们也称为扫频分析仪。如框图所示,分析仪将具有不同的水平和垂直扫描电路。为了以分贝为单位显示输出,在水平扫描电路之前还使用了对数放大器。还提供视频过滤器以过滤视频内容。使用斜坡发生器可以在显示屏上为每个频率提供一个唯一的位置,通过它可以显示频率响应。


数字频谱分析仪


数字频谱分析仪由快速傅里叶变换(FFT)块和模数转换器(ADC)块组成,以将模拟信号转换为数字信号。由框图表示



数字频谱分析仪


如框图所示,信号被馈送到衰减器,该衰减器使信号的电平衰减,然后馈入LPF以消除纹波含量。然后,信号被馈送到模数转换器(ADC),后者将信号转换为数字域。数字信号被馈送到FFT分析仪,后者将信号转换为频域。它有助于测量信号的频谱。最后,使用CRO进行显示。


分析仪的优缺点


它具有许多优点,因为它可以测量射频范围内信号中的频谱量。它还提供了许多测量。唯一的缺点是它的成本,与常规的传统仪表相比,它的成本更高。


分析仪测量的变量


根本上用于测试目的的频谱分析仪可用于测量各种变量。所有这些测量都是在射频级别上进行的。使用频谱分析仪经常测量的是:


•信号电平–可以使用频谱分析仪测量基于频域的信号幅度。


•相位噪声–由于在频域上进行测量并测量频谱含量,因此可以轻松测量相位噪声。它在阴极射线示波器的输出中表现为波纹。


•谐波失真–这是确定信号质量的主要因素。基于谐波失真,可以计算总谐波失真(THD)以评估信号的电能质量。信号必须避免下垂和隆起。降低谐波失真水平甚至对于避免不必要的损失非常重要。


•互调失真–调制信号时,会在中间电平上基于幅度(振幅调制)或频率(频率调制)引起失真。必须避免这种失真,以得到已处理的信号。为此,频谱分析仪用于测量互调失真。一旦使用外部电路降低了失真,就可以处理信号。


•杂散信号–这些是不需要检测和消除的有害信号。这些信号无法直接测量。它们是未知信号,需要进行测量。


•信号频率–这也是要评估的重要因素。由于我们在射频级别使用了该分析仪,因此频段非常高,因此测量每个信号的频率内容变得很重要。对于此频谱,专门使用分析仪。


•频谱模板–频谱分析仪还有助于分析频谱模板。


因此,我们已经看到了频谱分析仪的工作原理,设计,优势和应用。必须思考的是,如何存储在频谱分析仪中测量的数据?以及如何将其传输到计算机等其他介质进行进一步测量。


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