頻譜分析儀的測(cè)試靈敏度和頻率分辨力詳解

頻譜分析儀的頻率分辨力和測(cè)試靈敏度 簡(jiǎn)單介紹了頻譜分析儀的工作原理和頻譜分析儀的頻率分辨力，提出了使用頻譜分析儀進(jìn)行測(cè)試時(shí)如何選擇頻率分辨力和提高測(cè)試靈敏度。 一、 頻譜分析儀的簡(jiǎn)單工作原理現(xiàn)在所用的頻譜分析儀多為超外差式，并采用多次變頻（3～4次），以降低中頻頻率，實(shí)現(xiàn)窄通帶和高分辨力。 超外差式頻譜分析儀的基本工作原理如圖 1所示。 輸入信號(hào)與本振（LO）混頻，產(chǎn)生中頻（IF）信號(hào)經(jīng)窄帶中放被送到包絡(luò)檢波器，檢波器輸出信號(hào)被放大并使屏幕顯示產(chǎn)生垂直偏轉(zhuǎn)，掃描發(fā)生器保證屏幕顯示的水平頻率軸和本地振蕩器調(diào)諧同步，它同時(shí)驅(qū)動(dòng)水平偏轉(zhuǎn)調(diào)諧LO。

圖 1　

超外差式頻譜分析儀基本工作原理二、 頻率分辨力當(dāng)信號(hào)進(jìn)入頻譜分析儀顯示時(shí)，所顯示的形狀其實(shí)是頻譜分析儀自身分辨力帶寬RBW（IF濾波器）形狀的顯示。 若改變?yōu)V波器的帶寬，也就改變了顯示波形響應(yīng)的寬度（如圖 2所示）。 頻率分辨力為決定選擇性的最低中頻濾波器的帶寬，帶寬越窄，分辨力越高。

圖 2　

不同分辨力帶寬下觀測(cè)到的同一信號(hào)濾波器的帶寬通常定義在3dB（或6dB）點(diǎn)上。濾波器的帶寬表示的是，可分辨的等幅信號(hào)間的最小頻率間隔。 三、 掩埋在大信號(hào)裙邊下的小信號(hào)的測(cè)量一般來(lái)說，若兩等幅信號(hào)的間隔大于或等于所選用分辨力濾波器的寬度，兩個(gè)等幅信號(hào)就可以分辨出來(lái)了。 但對(duì)于不等幅信號(hào)，尤其是一個(gè)大信號(hào)與一個(gè)相隔很近的小信號(hào)時(shí)，若兩信號(hào)的間隔只大于或等于所選用分辨力濾波器的寬度，小信號(hào)有可能被掩埋在大信號(hào)的裙邊中。 因此，在具體測(cè)試確定分辨力大小時(shí)，還需考慮形狀因數(shù)（濾波器60dB對(duì)3dB帶寬之比，如圖 3所示）。

圖 3　

波形因素例如對(duì)于幅度相差60dB、頻率相差為10kHz的兩信號(hào)，其間隔至少是60dB帶寬的一半，此時(shí)，形狀系數(shù)是決定不等幅信號(hào)分辨力的關(guān)鍵。 對(duì)于15：1的形狀因數(shù)，1kHz分辨力帶寬對(duì)應(yīng)的60dB帶寬是15kHz。 它的一半是7.5kHz。 即利用1kHz分辨力帶寬就能區(qū)分兩個(gè)信號(hào)了。 所以此時(shí)分辨力帶寬（B0）應(yīng)小于或等于兩倍的信號(hào)頻率間隙（Δf）除以形狀因數(shù)（K），即B0≤2Δf/K。

圖 4　

大信號(hào)與小信號(hào)同時(shí)顯示在選擇較小的頻率分辨力時(shí)需注意，由于較窄的濾波器所需的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。 若掃描時(shí)間設(shè)置的太快，頻譜分析儀的分辨帶寬濾波器不能充分響應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)幅度和頻率顯示不正確。 為保證讀數(shù)正確，需按下式設(shè)置掃描時(shí)間：



也可將掃描時(shí)間設(shè)為聯(lián)鎖（Coupled）方式，由儀表根據(jù)選取的頻率間隔和分辨帶寬自動(dòng)選取最快的可允許的掃描時(shí)間。