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 頻譜分析儀的應用

檢測設備

來源:檢測儀 點擊數:3411次 更新時間:2017-1-10 16:21:17
內容詳細:

  頻譜分析儀(Spectrum Analyzer)主要用于顯示頻域輸入信號的頻譜特性,因此對于信號分析而言是不可缺少的量測儀器。頻譜分析儀是透過頻域對信號進行分析、研究,并同時 應用于更多不同領域,例如無線訊號收發器、信號干擾的檢測、頻譜監測、以及元件特性分析等,是從事電子產品研發、生產、檢驗的常用工具,特別針對無線通訊 信號的測量更是必要工具,其應用十分廣泛,因此也有工程師將之稱為射頻量測的萬用電表。其主要功能包括:頻率設置、基準電平設置、跟蹤發生器設置、跟蹤控 制設置、利用標記功能測量回波損耗,以及頻寬、掃描時間及觸發控制設置等功能。

  針對時域方面的信號量測,示波器是一項非常重要且很有效率的量測儀器,它能直 接顯示信號波幅、頻率、周期、波形與相位等之響應變化。一般來說,示波器都必須具備雙軌跡輸出顯示裝置,同時內建有IEEE-488、IEEE-1394 或RS-232等介面功能以便與繪圖儀器連結,而利于后續量測顯示資訊輸出與繪圖的研究比較之用。只是示波器缺點在于只侷限于低頻信號,對于高頻信號的分 析便成為一大挑戰。

  頻譜分析儀的優勢,正是在于彌補示波器針對高頻信號分析的不足,并可同時將多 頻信號以頻域的方式來呈現,以方便辨識各不同頻率的功率裝置,并顯示信號在頻域里的特性。

  頻譜分析儀(Spectrum Analyzer)主要用于顯示頻域輸入信號的頻譜特性。并依據信號處理方式的差異分為兩種類型,分別是即時頻譜 分析儀(Real-Time Spectrum Analyzer),以及掃描調諧頻譜分析儀(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer)等兩種。

  即時頻譜分析儀可在同 一時間顯示頻域的信號振幅,其工作原理是針對不同的頻率信號設置相對應的濾波器與檢知器(Detector),并經由同步多工掃瞄器將信號輸出至螢幕,優 點在于能夠顯示周期性雜散波(Periodic Random Waves)的瞬時反應,但缺點是價格昂貴,且頻寬范圍、濾波器的數目與更大多工交換時間(Switching Time)都將對其性能表現造成限制。

  掃瞄調諧頻譜分析儀是常用的頻譜分析儀類型,它的基本結構與超外差式接收 器類似,主要工作原理是輸入信號透過衰減器直接加入混波器中,可調變的本地振蕩器經由與CRT螢幕同步的掃瞄產生器產生隨時間作線性變化的振蕩頻率,再將 混波器與輸入信號混波降頻后的中頻信號(IF)放大后、濾波與檢波傳送至CRT螢幕,因此CRT螢幕的縱軸將顯示信號振幅與頻率的相對關系。

  如上所言,影響信號反應的主要關鍵為濾波器頻寬。高斯濾波器 (Gaussian-Shaped Filter)影響的功能就是量測所常見到的解析頻寬(Resolution Bandwidth;RBW)。RBW所代表的意義為兩個不同頻率信號所能夠被清楚分辨出來的最低頻寬差異,因此兩個不同頻率信號的頻寬如果低于頻譜分析 儀的解析頻寬,如此兩信號將會重疊而無法分辨。

  如此看似更低的RBW將有助于不同頻率信號的分辨與量測工作,然而過低的RBW有可能將較高頻率的信號給濾 除掉,因而導致信號顯示時產生失真。較高的RBW當然有助于寬頻信號的量測,然而卻可能增加雜訊底層值(Noise Floor)、降低量測靈敏度,并對于偵測低強度的信號容易產生阻礙。失真值與設定的RBW密切相關,因此設定適當的RBW寬度才是正確使用頻譜分析儀的 重要概念。

  此外傳統頻譜分析儀的前端電路是在一定頻寬內可調諧的接收器。當輸入信號經 變頻器變頻后,由低通濾波器輸出,濾波器所輸出的數值就是垂直分量,至于頻率則是水平分量,如此在螢幕上所呈現的座標圖就是輸入信號頻譜圖。由于變頻器可 以達到很寬的頻率(如從30Hz~30GHz),與外部混頻器配合,更可提高到100GHz以上,因此頻譜分析儀是頻率覆蓋率更寬的測量儀器之一,不管是 測量連續信號或調變信號,頻譜分析儀都是很理想的測量工具。只是傳統頻譜分析儀的缺點在于,它只能測量頻率的幅度,但缺少相位資訊,因此在性質上是屬于標 量儀器而不是向量儀器。

  頻譜分析儀主要功能在于量測信號的大小或振幅,其應用范圍十分廣泛,包括系 統維護、信號量測、組件的頻率增益與物料品管等,都在頻譜分析儀的應用范圍之中

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