什么是频谱分析仪:工作原理及其应用

光谱分析仪是测量光谱的重要仪器之一频率以及许多其他参数。有趣的是,频谱分析仪被用来测量我们知道的信号,并找到我们不知道的信号。由于其精度高,频谱分析仪在电气和电子测量领域得到了广泛的应用。它用于测试许多电路和系统。这些电路和系统在射频水平下工作。


由于其不同的型号配置,该设备在仪器和测量领域有其自身的多功能性。它有不同的规格、尺寸,甚至可以根据具体应用提供。目前正在研究在超高频水平的均匀高频范围内使用该装置。它甚至可以连接到计算机系统,测量结果可以记录在数字平台上。

什么是频谱分析仪?

频谱分析仪基本上是一种测试仪器,在射频范围内测量电路或系统中的各种参数。一台普通的测试设备将根据其相对于时间的振幅来测量数量。例如,电压表将根据时域测量电压幅值。我们将得到一个正弦曲线交流电压还是一条直线直流电压. 但是频谱分析仪会根据振幅和频率来测量数量。

频域响应
频域响应

如图所示,频谱分析仪在频域测量振幅。高峰值信号代表震级,在这两者之间,我们还有噪声信号。我们可以使用频谱分析仪来消除噪声信号,使系统更加高效。信噪比(SNR)是当今电子应用的重要特征之一。例如,耳机具有噪音消除功能。为了测试此类设备,使用了频谱分析仪。

分析仪框图

方框图
方框图

频谱分析仪的框图如上图所示。它由一个输入衰减器组成,用于衰减输入射频信号。衰减后的信号被馈送至低通滤波器,以消除纹波内容。

滤波后的信号与电压调谐振荡器混合,并馈送至放大器。这个放大器被馈送到阴极射线示波器。另一方面,我们还有一个扫描生成器。两者都被送入CRO进行垂直和水平偏转。

频谱分析仪工作原理

频谱分析仪从根本上测量信号的频谱含量,即馈送至分析仪的信号。例如,如果我们正在测量滤波器的输出,比如说低通滤波器,那么频谱分析仪将在频域测量输出滤波器的频谱含量。在此过程中,它还将测量噪声含量并将其显示在CRO中,

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如方框图所示,频谱分析仪的工作基本上可分为在阴极射线示波器上产生垂直和水平扫描。我们知道,被测信号的水平扫描与频率有关,垂直扫描与振幅有关。

工作
工作

为了产生测量信号的水平扫描,射频级的信号被馈送到输入衰减器,输入衰减器在射频级衰减信号。衰减器的输出馈送至低通滤波器,以消除信号中的任何波纹内容。然后它被送入一个放大器,放大器将信号的幅度放大到一定的水平。

在这个过程中,它还与振荡器的输出混合,振荡器的输出被调谐到一定的频率。振荡器有助于产生fed波形的交替性质。在与振荡器混合并放大后,信号被送入水平检测器,水平检测器将信号转换为频域。在频谱分析仪中,信号的频谱量在频域中表示。


对于垂直扫描,需要振幅。为了获得振幅,信号被馈送到电压调谐振荡器。电压调谐振荡器在射频电平上调谐。通常,电阻器和电容器的组合用于获得振荡器电路。这就是所谓的RC振荡器。在振荡器级别,信号的相移为360度。对于这种移相,使用了不同级别的RC电路。通常,我们有三个级别。

有时甚至变压器也用于移相。在大多数情况下,振荡器的频率也由斜坡发生器控制。斜坡发生器有时也连接到脉冲宽度调制器以获得脉冲斜坡。振荡器的输出馈送至垂直扫描电路。它在阴极射线示波器上提供振幅。

频谱分析仪的类型

频谱分析仪可分为两类。模拟和数字

模拟频谱分析仪

模拟频谱分析仪使用超外差原理。它们也称为扫描或扫描分析器。如方框图所示,分析仪将具有不同的水平和垂直扫描电路。为了以分贝为单位显示输出,在水平扫描电路之前还使用了对数放大器。还提供视频过滤器以过滤视频内容。使用斜坡生成器在显示器上为每个频率提供一个唯一的位置,通过该位置可以显示频率响应。

数字频谱分析仪

数字频谱分析仪由快速傅里叶变换(FFT)模块和模数转换器(ADC)模块组成,用于将模拟信号转换为数字信号。用方框图表示

数字频谱分析仪
数字频谱分析仪

如方框图所示,信号馈送至衰减器,衰减器衰减信号电平,然后馈送至LPF以消除纹波内容。然后将信号馈送至模数转换器(ADC),ADC将信号转换为数字域。数字信号被送入FFT分析仪,FFT分析仪将信号转换为频域。它有助于测量信号的频谱。最后,它使用CRO显示。

分析仪的优点和缺点

它有许多优点,因为它可以在射频范围内测量信号的频谱量。它还提供了一些测量值。唯一的缺点是它的成本比通常的传统电表要高。

分析仪的应用

基本上用于测试目的的频谱分析仪可用于测量各种量。所有这些测量都是在射频水平上进行的。使用频谱分析仪经常测量的量如下:-

  • 信号电平–可使用频谱分析仪测量基于频域的信号振幅
  • 相位噪声–由于测量是在频域上进行的,并且测量了光谱内容,因此相位噪声很容易测量。它在阴极射线示波器的输出中显示为波纹。
  • 谐波失真–这是决定信号质量的主要因素。基于谐波失真,计算总谐波失真(THD)来评估信号的电能质量。信号必须避免凹陷和隆起。减少谐波失真水平对于避免不必要的损失甚至很重要。
  • 互调失真–调制信号时,基于中间电平中的振幅(振幅调制)或频率(频率调制),会导致失真。必须避免这种失真,才能处理信号。为此,使用频谱分析仪测量互调失真。使用外部电路降低失真后,即可对信号进行处理。
  • 假信号–这些是需要检测和消除的无用信号。这些信号不能直接测量。它们是需要测量的未知信号。
  • 信号频率–这也是需要评估的一个重要因素。由于我们在射频级别使用了分析仪,因此频带非常高,因此测量每个信号的频率内容变得非常重要。对于该光谱,专门使用分析仪。
  • 光谱掩模–光谱分析仪也有助于分析光谱遮罩

因此,我们已经看到了该系统的工作原理、设计、优点和应用分析仪。人们必须思考,如何在频谱分析仪中存储正在测量的数据?以及如何将其传输到计算机等其他介质中进行进一步测量。

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