频谱分析仪对于射频工程师来说是必不可少的测试工具,广泛应用于无线电技术的各个领域。例如:电子对抗、卫星通信、移动通信、散射通信、雷达、遥控遥测、侦察干扰、射电天文、卫星导航、航空航天和频谱监测等领域。频谱分析仪对各种类型的信号进行测量和分析时,可测量信号的不同特性。例如:信号的传输和反射特性测量、谐波失真测量、三阶交调测量、激励响应测试、载噪比测试、信道功率测量、相位噪声测量、卫星频谱测量、互调测量和电磁干扰测量等等。所以说在电子测量领域中,把频谱分析仪称为频域中的“射频万用表”一点也不过分。
使用频谱分析仪应注意的问题
频谱分析仪的应用十分广泛,那么在实际使用频谱分析仪应注意什么问题呢?
a) 频谱分析仪的校准:频谱分析仪一般都有固定幅度和频率的校准器,使用频谱分析仪测量信号特别绝对信号电平测量时,需要对频谱分析仪进行校准,以保证信号测量精度;另外,通过校准信号的测量,可以检查频谱分析仪是否有问题。
b) 射频输入信号电平小于频谱分析仪允许的安全电平:在频谱分析仪输入端接入射频信号之间,一定要对输入信号电平进行正确估算,避免频谱分析仪射频输入大于频谱分析仪允许的安全电平,否则将会烧毁频谱分析仪输入衰减器和混频器。特别是在高功率信号测量中,要格外小心谨慎。例如用频谱分析仪测量1W以上高功率放大器时,千万记住在频谱分析仪输入端接衰减器,以使频谱分析仪的射频输入信号小于频谱分析仪允许的安全电平。
c) 确定频谱分析仪是否允许直流信号输入:目前,大多数频谱分析仪不允许直流信号输入,因此千万注意测量信号是否包含直接成分。特别是在某些系统中,射频信号和直流信号用同一根电缆传输,此时要特别小心,信号接入频谱分析仪射频输入端口之前,一定在频谱分析仪输入端接隔直流器,以免损坏仪器。例如在很多卫星通信系统,低噪声放大器的直流加电线和射频信号传输采用同一根电缆,测量这样射频信号时,
特别注意别忘了在频谱分析仪射频输入接隔直流器,保护频谱分析仪的射频输入电路。
d) 低电平信号测量:众所周之,频谱分析仪的灵敏度是指在特定带宽下,频谱分析仪测量小信号的能力。因此,在测量低电平信号时,特别是测量信号接近频谱分析仪本底噪声时,应减小频谱分析仪的射频衰减和分辨带宽,提高频谱分析仪的灵敏度,提高低电平信号的测量精度。另外减少视频带宽和采用视频平均技术,虽然不影响频谱分析仪的灵敏度,但可以改善小信号测量精度。
e) 合理设置频谱分析仪参数:在测试射频信号时,合理设置频谱分析仪的分辨带宽、扫频带宽、视频带宽和扫描时间等,确保频谱分析仪CRT不出现测量不准的信号提示。当频谱分析仪CRT出现测量不准信息,此时测量无法保证测量精度。
现代频谱分析仪的发展趋势
随着信号处理技术、DSP技术和计算机技术的不断发展,促进了频谱分析仪的快速发展。目前频谱分析仪都实现了高分辨率、大的动态范围、高灵敏度、CRT数字显示、乃至数字储存和高可靠性的方向发展。现代计算机技术和数字信号处理技术(DSP)在频谱分析仪中使用,成为现代频谱分析仪的发展趋势。国外频谱分析仪技术发展迅速,如美国的Keysight公司、德国R&S公司和日本的ANRITSU公司等都不断地推出高性能的频谱分析仪,并且以频谱分析仪为基础,不断扩展其功能。未来的频谱分析仪的发展方向是:
a) 向更宽频带、高灵敏度、高分辨率和大动态范围方向发展
现代频谱分析仪的频率范围更宽,灵敏度更高,分辨率高、动态范围大,测量精度高,测量速度更快,更易于实现测量过程的自动化,易于实现仪器的小型化。如具有代表性的产品是美国Agilent公司的8565EC频谱分析仪,其频率范围为9KHz~50GHz,分辨率带宽1Hz~2MHz,最佳灵敏度可达-147dBm,噪声边带为-113dBc/Hz(10KHz频偏),同时肩有向更高频率扩展、相位噪声和数字无线电测试功能,使用非常灵活方便。
b) 向宽带高速实时方向发展
实时频谱分析可以对信号进行实时测试,可以在时域、频域、调制域和码域等多域内,同时对信号的指标进行全景式的观察、监测和分析,专用的信号分析软件能够复杂的测量任务,是现代通信分析仪的发展趋势。