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“拆解”频谱分析仪,彻底“看透”频谱分析仪内部结构!

作者:博宇讯铭

频谱分析仪采⽤扫频式原理来完成信号的频域测试,据博宇讯铭了解其功能是要分辨输⼊信号中各个频率成份并测量各频率成份的功率,获得⼀帧宽带频谱。

为完成该功能,在扫描-调谐频谱分析中采⽤超外差⽅式,提供宽的频率覆盖范围,同时允许在中频(IF)进⾏信号处理。

如下图是超外差式扫频频谱分析仪的结构框图:


频谱分析仪


频谱分析仪测量出⼀个信号主要过程如下

1.信号通过衰减以控制电平到合适的范围内

2.通过混频器做变频处理

3.通过中频带通滤波处理(RBW在这⾥起作⽤)

4.通过对数放⼤器,将信号幅度转换为对数单位

5.通过检波处理,得到信号的包络信息,反映信号幅度的⾼低

6.视频滤波处理,对包括电压信号进⾏低通平滑处理,减⼩包络电压信号的噪声抖动范围(VBW在这⾥起作⽤)

7.检波处理,根据显⽰器的像素数⽬进⾏检波显⽰

频谱分析仪内部结构

输入端衰减器Attenuator

为了避免信号过大,造成频谱仪内部元件饱和甚至损坏,通常先将信号衰减,之后显示时再放大,屏幕上的功率值为实际的功率值,无需换算,单衰减量通常会显示给使用者参考。

频谱分析仪

低通滤波器或预选器

低通滤波器的作用是阻止高频信号到达混频器。这样防止带外信号与本振相混频在中频产生多余的频率响应。微波频谱分析仪用预选器代替了低通滤波器,预选器是一种可调滤波器,能够滤掉我们所关心的频率以外的其它频率上的信号。

混频器Mixer及中频滤波器IFfilter

中频滤波器(IFfilter)的输入频率固定,Mixer的作用是将目标频率降至IF的频率(降频Downconvert)。Mixer将RF输入信号与本地振荡器(Localoscillator)运算后得到两组频率信号,一组是fout=(fosc-fRF),另一组是fout=(fosc+fRF),经过低通滤波器LowPassFilter后,只有较小的fout=(fosc-fRF)通过IFfilter。这个IF=(fosc-fRF)中频信号的频率就是输入信号在FRF的功率,屏幕上以一个点表示。点的高低表示功率大小。

混频器Mixer将输入频率与本地振荡器运算变为中频,这个称为降频Downconvert;本地振荡器的频率不断变化,才能待测频谱的信号从startfrequency到stopfrequency,从而得到频谱图。换句话说你在span设定的频宽就是Localgenerator扫描的频宽。


频谱分析仪

扫频器Sweepgenerator

刚刚的IF信号功率,只表示了输入信号中单一特定频率的功率,所以只是一个点,这个点只表示了IFfilter上一个非常窄的频宽范围内的总功率。如果使用者想把某个频段范围的功率曲线全部画出来,理论上就需要不断移动IFfilter的中心频率来获得该频段的功率。实际上IFfilter的中心频率是固定的,所以只能调整LO(LocalOscillator)的频率。LO本身由电压控制频率,其实是个VCO(Voltagecontroloscillator),因此Sweepgenerator就担任了voltagecontroller的角色,通过改变Sweepgenerator的电压来改变LO的频率,将信号的不同频率传送到IFfilter。

检波器

频谱分析仪会使用包络检波器将中频信号转换为视频信号。最简单的包络检波器由二极管、负载电阻和低通滤波器组成。

(视频信号:一种频率范围从零(直流)到由电路元件决定的某个较高频率的信号。频谱仪早期的模拟显示技术用这种信号直接驱动CRT的垂直偏转,因此被称为视频信号。)


频谱分析仪


视频滤波器-Videofilter

Videofilter是一个低通滤波器,用来过滤IFfilter之后的包洛波(envelope),而envelope最差就是贴着IF信号走,最大频率不会超过RBW,因为VBW越小越能缓和envelope的变动率。代价也是sweeptime变长。视频滤波器不会降低平均噪声电平,但能减少噪声的低电平信号,通过减小VBW能暴露出较宽Videofilter看不到的低电平信号,从而使得信号不被噪声淹没。

显示-Display

功率是RBW内计算出来的功率,当RBW变大时,Noisefloor也会变高,因为杂波会随着RBW变大把其它频率上的杂波吸收进来。但是待测信号的功率值不会因为RBW的大小而变化,因为待测信号的频率是固定的。

免责声明:本文素材整理网络或厂商的网站或彩页,版权归其所有,引用的目的在于传递更多信息。本文所有内容仅供参考,不是相关的建议和推荐。本文所有内容均用于传递更多信息,不承担因疏忽或失误造成的直接责任和连带责任。
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“拆解”频谱分析仪,彻底“看透”频谱分析仪内部结构!

作者:博宇讯铭

频谱分析仪采⽤扫频式原理来完成信号的频域测试,据博宇讯铭了解其功能是要分辨输⼊信号中各个频率成份并测量各频率成份的功率,获得⼀帧宽带频谱。

为完成该功能,在扫描-调谐频谱分析中采⽤超外差⽅式,提供宽的频率覆盖范围,同时允许在中频(IF)进⾏信号处理。

如下图是超外差式扫频频谱分析仪的结构框图:


频谱分析仪


频谱分析仪测量出⼀个信号主要过程如下

1.信号通过衰减以控制电平到合适的范围内

2.通过混频器做变频处理

3.通过中频带通滤波处理(RBW在这⾥起作⽤)

4.通过对数放⼤器,将信号幅度转换为对数单位

5.通过检波处理,得到信号的包络信息,反映信号幅度的⾼低

6.视频滤波处理,对包括电压信号进⾏低通平滑处理,减⼩包络电压信号的噪声抖动范围(VBW在这⾥起作⽤)

7.检波处理,根据显⽰器的像素数⽬进⾏检波显⽰

频谱分析仪内部结构

输入端衰减器Attenuator

为了避免信号过大,造成频谱仪内部元件饱和甚至损坏,通常先将信号衰减,之后显示时再放大,屏幕上的功率值为实际的功率值,无需换算,单衰减量通常会显示给使用者参考。

频谱分析仪

低通滤波器或预选器

低通滤波器的作用是阻止高频信号到达混频器。这样防止带外信号与本振相混频在中频产生多余的频率响应。微波频谱分析仪用预选器代替了低通滤波器,预选器是一种可调滤波器,能够滤掉我们所关心的频率以外的其它频率上的信号。

混频器Mixer及中频滤波器IFfilter

中频滤波器(IFfilter)的输入频率固定,Mixer的作用是将目标频率降至IF的频率(降频Downconvert)。Mixer将RF输入信号与本地振荡器(Localoscillator)运算后得到两组频率信号,一组是fout=(fosc-fRF),另一组是fout=(fosc+fRF),经过低通滤波器LowPassFilter后,只有较小的fout=(fosc-fRF)通过IFfilter。这个IF=(fosc-fRF)中频信号的频率就是输入信号在FRF的功率,屏幕上以一个点表示。点的高低表示功率大小。

混频器Mixer将输入频率与本地振荡器运算变为中频,这个称为降频Downconvert;本地振荡器的频率不断变化,才能待测频谱的信号从startfrequency到stopfrequency,从而得到频谱图。换句话说你在span设定的频宽就是Localgenerator扫描的频宽。


频谱分析仪

扫频器Sweepgenerator

刚刚的IF信号功率,只表示了输入信号中单一特定频率的功率,所以只是一个点,这个点只表示了IFfilter上一个非常窄的频宽范围内的总功率。如果使用者想把某个频段范围的功率曲线全部画出来,理论上就需要不断移动IFfilter的中心频率来获得该频段的功率。实际上IFfilter的中心频率是固定的,所以只能调整LO(LocalOscillator)的频率。LO本身由电压控制频率,其实是个VCO(Voltagecontroloscillator),因此Sweepgenerator就担任了voltagecontroller的角色,通过改变Sweepgenerator的电压来改变LO的频率,将信号的不同频率传送到IFfilter。

检波器

频谱分析仪会使用包络检波器将中频信号转换为视频信号。最简单的包络检波器由二极管、负载电阻和低通滤波器组成。

(视频信号:一种频率范围从零(直流)到由电路元件决定的某个较高频率的信号。频谱仪早期的模拟显示技术用这种信号直接驱动CRT的垂直偏转,因此被称为视频信号。)


频谱分析仪


视频滤波器-Videofilter

Videofilter是一个低通滤波器,用来过滤IFfilter之后的包洛波(envelope),而envelope最差就是贴着IF信号走,最大频率不会超过RBW,因为VBW越小越能缓和envelope的变动率。代价也是sweeptime变长。视频滤波器不会降低平均噪声电平,但能减少噪声的低电平信号,通过减小VBW能暴露出较宽Videofilter看不到的低电平信号,从而使得信号不被噪声淹没。

显示-Display

功率是RBW内计算出来的功率,当RBW变大时,Noisefloor也会变高,因为杂波会随着RBW变大把其它频率上的杂波吸收进来。但是待测信号的功率值不会因为RBW的大小而变化,因为待测信号的频率是固定的。

免责声明:本文素材整理网络或厂商的网站或彩页,版权归其所有,引用的目的在于传递更多信息。本文所有内容仅供参考,不是相关的建议和推荐。本文所有内容均用于传递更多信息,不承担因疏忽或失误造成的直接责任和连带责任。

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