频谱分析仪检测电路信号质量

频谱分析仪检测电路信号质量
电能收集充电器频谱分析仪有许多功能,能察觉元件在电路中的变化,分析其频率响应来说明电路特性;也能测量信号强度,对信号失真有帮助;也能测量频率占有率,防范邻近信号干扰;并且是兼具计频器与功率计的仪器。
日常生活里充斥频谱(Spectrum)的概念,各种不同频率信号以机率分配方式存在。在一般时域分析(Time-domain Analysis)中,很容易从时间轴上观察到任何信号波形变化事件,只要用示波器测量,就能看出任何具有时间函数的电子信号事件的瞬间物理量。
频谱分析仪的发展起源,从早期通信系统上频率测量开始,为实现以频率为基准点,在频域上检测信号而研发的仪器,广泛用于测量通信系统的各种重要参数,如平均噪声位准(Average Noise Level)、动态范围(Dynamic Range)、频率范围(Frequency Range)等。此外还可用在时域测量,如测量传输输出功率等。从功能面看,一般计频器只能测量信号频率,功率计能测量信号功率,频谱分析仪可视为兼具计频器与功率计的测量仪器(表1,*:指模拟解调)。
频谱分析与时域分析相辅相成
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如要理清信号特性,除使用示波器从时域(Time Domain)观察信号外,需从频率的角度,简称频域(Frequency Domain)去分析信号。用示波器观察信号无法一窥全貌,只能看到组成后的波形。法国数学家傅立叶(Jean-Baptiste-Joseph Fourier)认为,任何时域上的电子信号现象,皆由多组适当的频率、振幅与相位的弦波信号(Sine Wave)组成。因此,任何有适当滤波功能的电子系统,必可将信号波形分解成多个分别不同的弦波或频率,不同弦波则由其所具有的振幅与相位来决定信号特性。换言之,借由这种组成分析,可将弦波信号由时域转为频域。
对无线射频(RF)与微波信号而言,不加入分析要素时,保留相位信息往往会使转换过程变得复杂,因此要设法隔离相位信息。当分析周期性信号时,通过傅立叶诠释能了解,在频域中个别组成弦波之间的距离单位为频率(f)或1/T(T是弦波信号的周期)。由时域转换至频域,必须对信号进行连续性计算,一般进行信号观察,只以一小段时间范围内特性来概括全貌。运用傅立叶变换(Fourier Transform),能从频域观点转换至时域空间思考,不过要先把沿着频率轴范围的频谱与个别成分之相位计算出来。例如,要将一个时域中的方波转换到频域后,再反转换回时域时,往往因相位参数未加以保留,而产生锯齿波失真。
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时域中任意信号,必为一弦波信号的线性组合信号或合成信号,如图1所示,频谱的频域象限中呈现的弦波信号特性,可用振幅与频率来表达,而非纯弦波波形的信号,包含二次谐波(Second Harmonic)组成信号。虽然如此,但频谱分析(Spectrum Analysis)并不能完全取代时域分析;后者在大部分信号测量仍占有一席之地,且能提供信号脉波的上升与下降时间、信号过冲与振荡现象等。所以,频谱分析与时域分析可视为相辅相成的方法。
图1 时域与频域的差异
RF电路中可能有放大器(Amplifier)、振荡器(Oscillator)、混频器(Mixer)、滤波器(Filter)等电路元件,单纯用示波器来看,无法察觉这些元件在电路中的变化,此时必须使用频谱分析仪,分析其频率响应来说明电路的特性。
频域中有对应的信号强度可测量,所以频域分析是出待测信号各谐波成分的最佳解决方法,尤其对通信工程人员最重视的谐波失真分析有重要贡献。例如,在无线电话系统中的载波信号上,必须常检查其他系统的谐波干扰是否造成信号失真,而影响到通话质量的情况。此外,通信工程人员也关心载波信号上的调变信号失真程度。如发生交互调变现象所产生的失真成分,往往落在所攸关的带宽中难以滤除。毛刷制作
频谱的占据率,也是在频域分析上一种重要测量。为了防范邻近频率信号干扰,针对调变信号所进行的展频动作,往往是基于有效规范各种发射频谱之带宽的考虑。各式各样通信电子产品的普遍使用下,造成不必要的电磁信号无所不在,成为电磁污染源。而电磁干扰是一种频谱的占据现象,无论是辐射式或传导式电磁干扰,都会造成其他电子系统在操作运转上的损害,因此电子或电器产品制造厂商,都必须依据电子电器商品相关法令规范,
来进行电磁辐射测试,才能上市。
频谱分析仪种类各有千秋tsmm
频谱分析仪分两类,实时性(Real Time)频谱分析仪(SA)与扫描调谐(Sweep Tuned)频谱分析仪。
SA能立即把信号滤出来,使用许多平行架构的滤波器来分布在所有的带宽范围中,信号一经输入之后能马上表示(图2),为实时性频谱分析仪的架构。实时性频谱分析仪能立刻将信号滤出,滤波器的带宽可以依照不同的跨度(Span)来作调整与改变,不过这类型的频谱仪,最大的问题在使用大量滤波器作实时处理,所以价格昂贵,且带宽通常不会很高,一般约10M~30MHz左右。
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图2 实时性频谱分析仪架构
Sweep Tuned频谱分析仪,可分为两大类,分别是RF调谐方式、超外差扫描方式。
图3为RF调谐方式架构而成的频谱分析仪方块图,使用一个带通可调的滤波器(Tunable Filter),由一扫描仪来调变期带通宽度,进而使得相关的频率信号通过,并加至垂直偏向版(即CRT中的横轴),而CRT中的水平轴受扫描仪频率同步的控制,使不同的频率信号在水平轴上分别对应地呈现。
图3 RF调谐方式的频谱分析仪架构
此种方式构成的频谱分析仪较简单,能包含较广的频率范围,而且价格便宜,但灵敏度与频率特性等效能较差,滤波器的带宽固定,频率的分辨率无法改变。此种调谐型的频谱分析仪较为经济,以及所能测量的频率范围较广,故早期微波带宽常常使用这一方式。可惜此种方式以扫描仪来调变滤波器的带通,故扫描仪的扫描速度不能太快,通常在数个MHz/s左右,当扫描超出这个比值,滤波器对信号的响应尚未达到100%时,滤波器的带通范围已经改变,所以测出的值往往较小于原来信号而不准确。

本文发布于:2024-09-21 16:29:08,感谢您对本站的认可!

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