频谱剖析仪和信号剖析仪的差异

前期的频谱剖析仪实质上是一台扫频接收机,输入信号与本地振动信号在混频器变频后,经过一组并联的不同中心频率的带通滤波器,使输入信号显现在一组带通滤波器约束的频率轴上。显着,因为带通滤波器由无源元件构成,频谱剖析器全体上显得很粗笨,并且频率分辨率不高。已然傅里叶改换可把输入信号分解成分立的频率重量,相同可起着滤波器类似的效果,凭借快速傅里叶改换电路替代低通滤波器,使频谱剖析仪的构成简化,分辨率增高,丈量时刻缩短,扫频规模扩展,这便是现代频谱剖析仪的优点了。

矢量信号剖析仪是在预订,频率规模内主动丈量电路增益与相应的仪器,它有内部的扫频频率源或可操控的外部信号源。其功用是丈量对输入该扫频信号的被测电路的增益与相位,因此它的电路结构与频谱剖析仪类似。频谱剖析仪需求丈量不知道的和恣意的输入频率,矢量信号剖析仪则只丈量本身的或受控的已知频率;频谱剖析仪只丈量输入信号的起伏(标量仪器),矢量信号剖析仪则丈量输入信号的起伏和相位(矢量仪器)。由此可见,矢量信号剖析仪的电路结构比频谱剖析仪杂乱,价位也较高。现代的矢量信号剖析仪也选用快速傅里叶改换,以下介绍它们的异同。

频谱剖析议和FFT频谱剖析议

传统的频谱剖析仪的电路是在必定带宽内可调谐的接收机,输入信号经下变频后由低通滤器输出,滤波输出作为笔直重量,频率作为水平重量,在示波器屏幕上绘出坐标图,便是输入信号的频谱图。因为变频器可以到达很宽的频率,例如30Hz-30GHz,与外部混频器合作,可扩展到100GHz以上,频谱剖析仪是频率掩盖最宽的丈量仪器之一。不管丈量接连信号或调制信号,频谱剖析仪都是很抱负的丈量东西。

可是,传统的频谱剖析仪也有显着的缺陷,首要,它只适于丈量稳态信号,不适宜丈量瞬态事情;第二,它只能丈量频率的起伏,短少相位信息,因此归于标量仪器而不是矢量仪器;第三,它需求多种低频带通滤波器,取得的丈量成果要花费较长的时刻,因此被视为非实时仪器。

已然经过傅里叶运算可以将被测信号分解成分立的频率重量,到达与传统频谱剖析仪相同的成果,呈现根据快速傅里叶改换(F盯)的频谱剖析仪。这种新式的频谱剖析仪选用数字方法直接由模仿/数字转换器(ADC)对输入信号取样,再经FFT处理后取得频谱散布图。据此可知,这种频谱剖析仪亦称为实时频谱剖析仪,它的频率规模遭到ADC收集速率和FFT运算速度的约束。

为取得杰出的仪器线,性度和高分辨率,对信号进行数据收集的ADC需求12位-16位的分辨率,按取样原理可知,ADC的取样率最少等于输入信号最高频率的两倍,亦即频率上限是100MHz的实时频谱剖析仪需求ADC有200MS/S的取样率。

现在半导体工艺水平可制成分辨率8位和取样率4GS/S的ADC或许分辨率12位和取样率800MS/S的ADC,亦即,原理上仪器可到达2GHz的带宽,此刻笔直分辨率只要8位(256级),显着8位分辨率过低,因此,实时频谱剖析仪适用于制MHz带宽以下的频段,此刻具有12位(物96级)以上的分辨率。为了扩展频率上限,可在ADC前端添加下变频器,本振选用直接数字事成的振动器,这种混合式的频谱剖析仪适合在几GHz以下的频段运用。

FFT的功能用取样点数和取样率来表征,例如用100KS/S的取样率对输入信号取样1024点,则最高输入频率是50KHz和分辨率是50Hz。假如取样点数为2048点,则分辨率进步到25Hz。由此可知,最高输人频率取决于取样率,分辨率取决于取样点数。FFT运算时刻与取样,点数成对数联系,频谱剖析仪需求高频率、高分辨率和高速运算时,要选用高速的FFT硬件,或许相应的数字信号处理器(DSP)芯片。例如,10MHz输入频率的1024点的运算时刻80μs,而10KHz的1024点的运算时刻变为64ms,1KHz的1024点的运算时刻添加至640ms。当运算时刻超越200ms时,屏幕的反响变慢,不适于眼睛的调查,弥补方法是削减取样点数,使运算时刻下降至200ms以下。

矢量网络剖析仪

关于频谱剖析和电磁搅扰丈量来说,频谱剖析仪是通讯丈量仪器中常用的设备,因为具有大于1∞dB的动态规模、低于-110dBc/Hz的噪声、1Hz-100Hz的带宽、50GHz以上的频率规模,可以接收到极弱小的信号和分辨出两个起伏相差很大的信号。频谱剖析仪的缺陷是只能显现频率重量的幅值,而不能取得信号的相位。关于某些通讯元器件和通讯链路,幅值和相位有必要可以一起丈量出来,前者如放大器和振动器,后者是榜首代至第三代的移动通讯。

前面曾提及,为了扩展根据FFT的频谱剖析仪的频率规模,可在前端添加下变频器。相同原理可用于矢量信号剖析仪,它是传统频谱剖析仪与F阿剖析仪的结合,然后取得在高频和射频频率下的FFT剖析才能,一起显现起伏和相位信息。关于现代通讯的数字调制剖析,以及调幅/调频/调相的解调都是十分有用的手法。

频谱剖析仪的变频前端扩展仪器到GHz的频段,经变频后的输入信号频率变成适于FFr处理的频段,电路中的滤波器与频谱剖析仪的滤波器不同,这儿的滤波器不是选择性的,而避免ADC改换进程发生的信号混叠,即改换进程中呈现的虚伪信号。ADC的输出分红两路,取得同相和正交信号,经DSP作时刻一频率的F町运算后由显现屏取得频谱的起伏和相位。

现在仪器公司供给的矢量信号剖析器的频率规模可达3GHz,丈量对象是杂乱的移动通讯常用频段的调制信号,如GSM、CDMA的基带特性和载波特性。矢量信号剖析仪的丈量形式有:标量、矢量、数字解谐和门控丈量。触发可由基带输人信号或由中频信号调理,包含触发电平缓相位。扫频方法有单次和接连,对丈量数据可屡次均匀,并用有用值(RMS)、峰值坚持和指数坐标指示。

一种新式的矢量信号剖析器的重要特性是:频率规模—DC~2.7GHz;基带带宽—40MHz;中频带宽—36MHz;率分辨率—0.001Hz时基准确度—0.2ppm/年;相位噪声—97dBc/Hz(载波偏移100Hz),-122dBc/Hz(载波偏移1khz)起伏规模45~+20dBm；起伏准确度—±2dB;三阶互调失真—70dB。使用领域是卫星通讯、扩频跳频通讯、点到点通讯、以及频率监控和查找。以移动通讯的码分多址(CDMA)来说,使用配套的剖析软件,可以取得:

·发射机的均匀载波功率

·功率随时刻的改变

·相位和频率差错

·邻近信道功率比

·伪随机噪声序列的调制精度

·近距离寄发生发射频率

·频谱丈量和波形丈量

在无线基站或移动电话的产品开发和产品检验中,矢量信号剖析仪可按多种工业规范,对GSM、CDMA等的发射机和手机进行严厉的精度和动态规模丈量。在CDMA等通讯产品生产中,只使用接连丈量是不行的,使用数字调制信号可方便地测出输出功率和失真等重要参数。

矢量信号剖析仪选用Windows渠道,简单经过外接微机进行数据处理和交流,Windows渠道便于功能晋级和使用其他工程规划东西,熟识的图形界面可缩短学习时刻,留出更多的时刻进行丈量和使用各种规划及测验东西。

数字存储示波器的频谱丈量

数字存储示波器(DSO)的前端便是ADC改换,因此相同具有频谱剖析才能,经过规范或选购的FFT模块取得频谱剖析特性。应该指出,DSO首要特色是时域丈量,带宽100MHz的产品具有10位以上的笔直分辨率,带宽500MHz的产品只要8位的分辨率,亦即在分辨率上低于频谱剖析仪的12位-16位。DSO的前置放大器和衰减器引人瞬态失真,简单在频谱图上表现为低电平的谱波噪声。

特别是高频数字在存储示波器,它选用交叠的ADC来进步取样率,例如每块ADC的取样率是1Gs/s,两块叠加起来取得2Gs/s的取样率。这是简洁的进步有用带宽的方法,但用于频谱显现时,各ADC的线性度、增益、频率响应和取样守时稍有不同,都会在取样时钟脉冲交叠取样进程中引人频谱失真,适当多了一组Fs/N的取样脉冲,这儿且是根本取样频率,N是交叠的ADC数。这种电路本身发生的混叠信号不简单用滤波器消除,用DS0丈量高频信号时要十分当心在频谱图上呈现的混叠信息。例如,使用上述两块取样率1Gs/sADC构成的DSO来调查l00MHz正弦波时,会在900、1100MHz邻近呈现虚伪信号。由此可见,DSO调查时域信号是最好的仪器,因为频域改换后往往呈现虚伪信号,丈量频谱特性时必定要注意“去伪存真”。

小结

频谱剖析仪的频率规模最宽,灵敏度高,十分适于通讯设备和链路的频率散布丈量,缺陷是只能取得输入信号的幅值。矢量信号剖析仪频率规模较低,使用FFT的特色可以一起取得起伏和相位,特别地榜首、二、三代移动通讯,包含蜂窝、GSM和CDMA设备的丈量。