頻譜分析儀的工作原理

頻譜分析儀架構(gòu)猶如時(shí)域用途的示波器，面板上布建許多功能控制按鍵，作為系統(tǒng)功能之調(diào)整與控制，實(shí)時(shí)頻譜分析儀（real-time spectrum analyzer）與掃瞄調(diào)諧頻譜分析儀（sweep-tuned spectrum analyzer）。實(shí)時(shí)頻率分析儀的功能為在同一瞬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而有相對應(yīng)的濾波器與檢知器（detector），再經(jīng)由同步的多任務(wù)掃瞄器將信號傳送到crt 屏幕上，其優(yōu)點(diǎn)是能顯示周期性雜散波（periodicrandom waves）的瞬間反應(yīng)，其缺點(diǎn)是價(jià)昂且性能受限于頻寬范圍、濾波器的數(shù)目與大的多任務(wù)交換時(shí)間（switching time）。
常用的頻譜分析儀是掃瞄調(diào)諧頻譜分析儀，可調(diào)變的本地振蕩器經(jīng)與crt 同步的掃瞄產(chǎn)生器產(chǎn)生隨時(shí)間作線性變化的振蕩頻率，經(jīng)混波器與輸入信號混波降頻后的中頻信號（if）再放大、濾波與檢波傳送到crt 的垂直方向板，因此在crt 的縱軸顯示信號振幅與頻率的對應(yīng)關(guān)系，信號流程架構(gòu)如圖1.3 所示。
影響信號反應(yīng)的重要部份為濾波器頻寬，濾波器之特性為高斯濾波器（gaussian-shaped filter），影響的功能就是量測時(shí)常見到的解析頻寬（rbw，resolution bandwidth）。rbw 代表兩個不同頻率的信號能夠被清楚的分辨出來的低頻寬差異，兩個不同頻率的信號頻寬如頻譜分析儀的rbw，此時(shí)該兩信號將重疊，難以分辨，較低的rbw 固然有助于不同頻率信號的分辨與量測，低的rbw 將濾除較高頻率的信號成份，導(dǎo)致信號顯示時(shí)產(chǎn)生失真，失真值與設(shè)定的rbw 密切相關(guān)，較高的rbw 固然有助于寬帶帶信號的偵測，將增加噪聲底層值（noise floor），降低量測靈敏度，對于偵測低強(qiáng)度的信號易產(chǎn)生阻礙，因此適當(dāng)?shù)膔bw 寬度是正確使用頻譜分析儀重要的概念。
另外的視頻頻寬（vbw，video bandwidth）代表單一信號顯示在屏幕所需的低頻寬。如前所說明，量測信號時(shí)，視頻頻寬過與不及均非適宜，都將造成量測的困擾，如何調(diào)整必須加以了解。通常rbw 的頻寬大于等于vbw，調(diào)整rbw 而信號振幅并無產(chǎn)生明顯的變化，此時(shí)之rbw 頻寬即可加以采用。量測rf 視頻載波時(shí)，信號經(jīng)設(shè)備內(nèi)部的混波器降頻后再加以放大、濾波（rbw 決定）及檢波顯示等流程，若掃描太快，rbw 濾波器將無法完全充電到信號的振幅峰值，因此必須維持足夠的掃描時(shí)間，而rbw 的寬度與掃描時(shí)間呈互動關(guān)系，rbw 較大，掃描時(shí)間也較快，反之亦然，rbw 適當(dāng)寬度的選擇因而顯現(xiàn)其重要性。較寬的rbw 較能充分地反應(yīng)輸入信號的波形與振幅，但較低的rbw 將能區(qū)別不同頻率的信號。例如使用于6mhz 頻寬視訊頻道的量測，經(jīng)驗(yàn)得知，rbw 為300khz 與3mhz 時(shí)，載波振幅峰值并不產(chǎn)生顯著變化，量測6mhz的視頻信號通常選用300khz 的rbw 以降低噪聲。天線信號量測時(shí)，頻譜分析儀的展頻（span）使用100mhz，獲得較寬廣的信號頻譜需求，rbw使用3mhz。這些的量測參數(shù)并非一成不變，將會依現(xiàn)場狀況及過去量測的經(jīng)驗(yàn)加以調(diào)整。
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