频谱分析仪的使用技巧

吕 楼

中国电子科技集团公司第四十一研究所

频谱分析仪的使用技巧

吕 楼

中国电子科技集团公司第四十一研究所

随着电子技术的发展，世界各国加速了对电子领域的研究，具体体现在竞相提高通信、雷达、遥控、导航等无线电电子设备的威力和效能等方面。在这些方面，频谱分析仪成为必不可少的信号分析手段。频谱分析仪可以对信号的频率、电平、频谱纯度及抗干扰特性进行分析，使其成为电子领域必不可少的测量工具。通过阐述频谱分析仪组成原理，分析频谱分析仪参数的相关性及探讨决定频谱分析仪性能的诸多因素，从而避免频谱分析仪在使用过程中由于操作不当导致的测试结果失真，保证测试结果的准确性和有效性，满足实际应用需求。

频谱分析仪；使用；中频信号处理

频谱分析仪是一种常用的信号测量与分析工具，在日常工作中发挥着非常重要的作用。掌握好、使用好频谱分析仪是对微波技术从业人员的基本要求。多年来频谱分析仪一直伴随着我技术工作的进程，下面就它的原理及使用跟大家做一交流。

1 频谱分析仪的分类及工作原理

1.1 频谱分析仪的分类

FFT(快速傅立叶变换)分析仪，是用数值计算的方法来处理一定时间周期的信号，可提供频率、幅度和相位信息。它的特点是速度快、精度高，但其分析频率带宽受ADC(模拟数字转换)采样速率限制，适用于窄带宽信号分析、快速测量场合、并行滤波器组处理。扫频式频谱分析仪，可分析稳定的和周期变化的信号，可提供信号幅度和频率信息，适用于宽频带快速扫描测试、滤波器扫描测试。(1)输入衰减器作用：第一级处理，输入Attenua-tor，保证频谱仪在宽频范围内保持良好的匹配特性；保护内部混频及中频处理电路，防止损坏；防止产生过大非线性失真。(2)内部输入衰减器与中频放大器保持联动关系，中频放大器具有自动补偿衰减的作用，输入信号测量不会受衰减器设置影响。(3)当ATT设置为Auto时，改变参考电平，ATT会随之改变。

1.2 工作原理频谱分析仪工作原理

并不复杂，与日常使用的收音机、电视机工作原理相似，都称为超外差接收方式.图1是频谱仪的基本原理框图。

图1 频谱仪工作原理框图

如图1所示，本振频率受斜波发生器的控制，在斜波发生器的控制下，本振频率将从低到高线性变化。同时斜波发生器产生的斜波电压加到显示器的X轴上。混频器输出的中频频率经过中频滤波器后输出到检波器，经过检波器的包络检波，得到一个视频信号，输出经视频滤波器后接到Y轴上，视频信号在阴极射线管内垂直偏转，即显示出信号的幅度。由于X轴上显示的频率值是斜波发生器电压值的函数，所以可以对应于被测信号的频率值，而Y轴上显示的是相对应的信号幅度，因此频谱仪显示器上显示的是输入信号的频谱。

2 使用方法

2.1 频谱仪初始设置

在信号测试时，通过菜单设置正确的输入阻抗，达到与被测信号源输出阻抗匹配。必须设置正确的信号中心频率，以及我们需要测试的起始和截止频率。同时根据测试信号的电平大小设置相对应的电平值。为了便于观察，要根据信号信噪比的大小来正确选择显示屏幕上每刻度相对应的电平值，一般分为10dB/Div、5dB/Div、2dB/Div、1dB/Div。通过这四步设置后，一般都能从频谱仪上得到我们需要观察信号的频谱。但仅仅这样不能够很好的区分相邻频带，底噪过大，不利于小信号的观察。这些都需要对频谱仪进行进一步的设置，来完善所观察到的信号。

2.2 频谱分析仪输入口保护

估算待测模块或整机的最大输出功率(可根据技术指标，考虑可能产生的自激情况)，在频谱分析仪的输入口串接合适(包括衰减值、额定功率大小)的衰减器。要注意仪器端口所接的电缆、衰减器及隔离器是否规范(转动部位)。

2.3 频率分辨带宽

RBW设置RBW(Resolution Bandwidth)频率分辨带宽是一个非常重要的参量，它是由图一中的中频滤波器的带宽所决定的。RBW代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的最低分辨带宽，两个不同频率的信号频宽如果低于频谱分析仪的RBW，此时该信号将重叠，难以分辨。对于两条紧密相关的谱线，其分辨力取决于滤波器的带宽。通过实际对频谱分析仪RBW的操作试验，分辨率带宽每增加10倍，频谱仪显示噪声电平也相应提高10倍。因此在实际使用中提高频谱分析仪的灵敏度需要将RBW设置的尽可能小，以增加频谱仪的分辨率，同时降低噪声电平的值，但是RBW设置过小时，将滤除较高频率的信号成份，导致信号显示时产生失真，同时较窄的带宽会导致扫描时间过长。因此要根据实际电平需要进行反复调整。

2.4 所有仪器必须接地良好

如果某一设备(仪器)未接地或地线接触不良，会造成设备端口带电，这对于功率探头、信号源输出口、频谱仪输入输出端口及HPIB、GBIP端口是致命的，因为它可以在该端口与其它设备相连的瞬间放电，从而损坏内部电路(输入衰减器ATT、混频器、放大器或输入电路等)，造成较大的经济损失。CRT显示仪器后面都有专门的接地端，有的仪器则没有。国外都是通过三芯电源插头插座的接地端与地相连来保证仪器的接地。但实际使用的电源插座因质量不合格或接触不良，没法保证接地，所以要求所有仪器设备都必须另接地线，与地网相连。特别需要注意的是，有时候仪器需在各岗位之间调用，这时必须要注意仪器的接地。

随着射频信号频率的不断提升，其信号特征正得到越来越多的关注。在论述频谱分析仪组成原理，分析决定频谱分析仪性能因素的基础上，列举了由于对频谱分析仪使用不当导致测试结果失真的案例。测试工程师在应用频谱分析仪进行射频信号测试时，应充分了解频谱分析仪的性能，尽可能排除由仪器自身特性造成的对测试结果的影响，充分发挥频谱分析仪在射频测试领域的最大效能。

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