频谱分析仪的仪器特性

2025-03-11 03:29:27

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回答1：

在量测高频信号时，外差式的频谱分析仪混波以后的中频因放大之故，能得到较高的灵敏度，且改变中频滤波器的频带宽度，能容易地改变频率的分辨率，但由于超外差式的频谱分析仪是在频带内扫瞄之故，因此，除非使扫瞄时间趋近于零，无法得到输入信号的实时（Real Time）反应，故欲得到与实时分析仪的性能一样的超外差式频谱分析仪，其扫瞄速度要非常之快，若用比中频滤波器之时间常数小的扫瞄时间来扫瞄的话，则无法得到信号正确的振幅，因此欲提高频谱分析仪之频率分辨率，且要能得到准确之响应，要有适当的扫瞄速度。由以上之叙述，可以得知超外差式频谱分析仪无法分析瞬时信号（TransientSignal）或脉冲信号（Impulse Signal）的频谱，而其主要应用则在测试周期性的信号及其它杂散信号（Random Signal）的频谱。频谱分析仪系统内部及面板显示的特性，详如附录一的说明，对该内容的了解将有助于频谱分析仪的操作使用。一般本地振荡器输出信号的频率均高于中频信号的频率，本地振荡器输出信号的频率可被调整在谐波之频率，亦即?IN=n??LO±?I F n=1,2,3.......⑵
由式⑵得知，频谱分析仪的信号量测范围，无形中己被拓宽，低于或高于本地振荡器或其它谐波频率的输入信号，均能被混波产生中频。延伸输入信号频率的混波原理，其中纵轴代表输入信号（?IN），横轴代表本地振荡频率（?LO），图中的正负整数代表公式⑵中频放大器对应的正负号。
可体会频谱分析仪利用本地振荡的谐波信号延伸输入信号频率的工作原理。然而可能对应多个输入信号频率，为消除此一现象，在衰减器前面加入频率预选器（Preselector），用来提升频谱分析仪的动态范围，同时使输出的结果能去除其它不必要的频率而真正反应输入信号的频率。
图1.4：利用本地振荡之谐波信号拓展信号频率的原理
由以上得知超外差或频谱分析仪无法分析瞬时信号（TransientSignal）或脉冲信号（Impulse Signal）的频谱，而其主要应用则在测试周期性的信号及其它随机信号（Random Signal）的频谱。由于电阻的热敏效应，任何设备均具有噪声，频谱分析仪亦不例外，频谱分析仪的噪声，本质上是热噪声，属于随机性（Random），它能被放大与衰减，由于系随机性信号，两噪声的结合只有相加而无法产生相减的效果。在频带范围内也相当平坦，其频宽远大于设备内部电路的频宽，检测器检知的噪声值与设定的分辨率频宽（RBW）有关。由于噪声是随机性迭加于信号功率上，因此显示的噪声准位与分辨率频宽成对数的关系，改变分辨率频宽时噪声随之变化，噪声改变量相关的数学式如下所示：
例如：频宽从100kHz（BW1）调整到10kHz（BW2），则噪声改变量为：
亦即降低噪声量10dB （为原来的1/10），相对提高讯号与噪声比10dB。由此可知，纯粹要降低噪声量，使用最窄宽度的频宽将能达到目的。不论噪声来之于外部或内部产生，量测时均将影响信号振幅的准确性，特别在低准位信号时，更是如此，噪声太大时，甚至掩盖信号以致无法正确判断信号的大小，影响量测质量的两种噪声可概括为下列三大项：
⑴.产生于交换功能的数字电路、点火系统与DC 马达脉冲噪声，这类噪声常见于EMI（Electromagnetic Interference）的讨论领域里。
⑵. 随机性噪声来之于自然界或电路的电子移动，又称之为KTBW （或称热敏）噪声、Johnson 噪声、宽带噪声或白氏（White）噪声等，本书主要以热敏噪声为重点，数学式为：
Pn =kTBW ，⑸
其中：Pn =噪声功率= 3.98*10?21 瓦/Hz 或-174dB/Hz
k=Boltzman 常数，1.38*10?23 joule/oK
T=绝对温度表示的常温=290 oK
BW=系统的噪声功率频宽（Hz）。
在4MHz、75 Ω、290 oK 时的噪声功率为-59.1dBm。由噪声功率得知，信号频宽降低，系统噪声功率随之降低，信号的质量以信号噪声比表示
（SNR；Signal-to-Noise Ratio），信号强度（单位为dBm）与系统噪声功
率（单位为dBm）的相减值即为信号噪声比，数学式为：量测设备的输入阻抗有时无法匹配待测件连接线特性阻抗，根据电磁
理论，阻抗匹配时，输出功率最大且没有其它不良的副作用，而阻抗不匹
配，将造成信号反射，影响系统频率的稳定与造成信号功率的损失。信号
在传输在线往返传送将产生驻波及噪声，进而影响接收端的信号质量与量
测值的准确性。量测设备输入阻抗与待测件组抗不匹配之缺点可规纳为：
A.信号反射，传输缆在线产生驻波。
B.噪声增大。
C.降低信号输出功率。
D.影响系统频率的稳定。
E.影响量测值之准确度。

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