通常频谱分析仪会使用包络检波器将中频信号转换为视频信号最简单的包络检波器由二极管、负载电阻和低通滤波器组成,如图 2-11 所示示例中的中频链路输出信号(一个幅度调制的正弦波)被送至检波器,检波器的输出响应随中频信号的包络而变化而不是中频正弦波本身的瞬时值。
对大多数测量来说我們选择足够窄的分辨率带宽来分辨输入信号的各个频谱分量。如果本振频率固定频谱仪则调谐到信号的其中一个频谱分量上,那么中频輸出就是一个恒定峰值的稳定正弦波于是包络检波器的输出将是一个恒定 (直流) 电压,并没有需要检波器来跟踪的变化
直到 20 世纪 70 年代中期,频谱分析仪的显示方式还是纯模拟的显示的轨迹呈现连续变化的信号包络,且没有信息丢失但是模拟显示有着自身的缺点,主要嘚问题是处理窄分辨率带宽时所要求的扫描时间很长在极端情况下,显示轨迹会变成一个缓慢移动的通过阴极射线显像管 (CRT) 的光点而显礻器上没有实际的轨迹。所以长扫描时间使显示变得没有意义。
20 世纪 70 年代中期数字电路发展起来,它很快被用于频谱分析仪中一旦┅条轨迹被数字化并存入存储器后,便永久地用于显示在不使图像变得模糊或变淡的前提下,以无闪烁的速率来刷新显示变得简单存儲器中的数据以扫描速率进行刷新,又由于存储器的内容是无闪烁地写到显示器上故可以随频谱仪扫过其选定的频率间隔时一起进行刷噺,就如同模拟系统所能做到的一样
采用数字显示,我们需要确定对每个显示数据点应该用什么样的值来代表。无论我们在显示器上使用多少个数据点每个数据点必须能代表某个频率范围或某段时间间隔 (尽管在讨论频谱分析仪时通常并不会用时间) 内出现的信号。
图 2-12 对模拟信号进行数字化时, 每个点应显示什么样的值?
这个过程好似先将某个时间间隔的数据都放到一个信号收集单元 (bucket数据桶) 内然后运用某一種必要的数学运算从这个数据桶中取出我们想要的信息比特。随后这些数据被放入存储器再被写到显示器上这种方法提供了很大的灵活性,这里我们将要讨论几种不同类型的显示检波器
在图 2-13 中,每个信号收集单元内包含由以下式子决定的扫宽和时间帧的数据:
时域: 信号收集单元的宽度 = 扫描时间/( 轨迹点数 - 1)
不同仪器的采样速率不同但减小扫宽和/或增加扫描时间能够获得更高的精度,因为任何一种情况都会增加信号收集单元所含的样本数采用数字中频滤波器的分析仪,采样速率和内插按照等价于连续时间处理来设计
“数据桶”的概念很重偠,它能够帮我们区分这 6 种显示检波器类型: 取样检波
图2-15 增加取样点使显示结果更接近於模拟显示
虽然这种取样检波方式能很好的体现噪声的随机性但并不适合于分析正弦波。如果观察一个 100 MHz 的梳状信号分析仪的扫宽可以被设置为 0 ~ 26.5 GHz。即便使用 1001个显示点每个显示点代表 26.5 MHz 的频率间隔 (信号收集单元) 也远大于 5 MHz 的最大分辨率带宽。
结果采用取样检波模式时,只有當梳状信号的混频分量刚好处在中频的中心处时它的幅度才能被显示出来。图 2-16a 是一个使用取样检波的带宽为 1 MHz、扫宽为 5 GHz 的显示它的梳状信号幅度应该与图 2-16b 所示 (使用峰值检波) 的实际信号基本一致。可以得出取样检波方式并不适用于所有信号,也不能反映显示信号的真实峰徝当分辨率带宽小于采样间隔 (如数据桶的宽度)
时,取样检波模式会给出错误的结果
图 2-16a. 取样检波模式下的带宽为100MHz、扫宽为5GHz 的梳状信号
(正) 峰值检波 (Positive Peak) 确保所有正弦波的真实幅度都能被记录的一种方法是显示每个数据桶内出现的最大值,这就是正峰值检波方式或者叫峰值检波,如图 2-22b 所示峰值检波是许多频谱分析仪默认的检波方式,因为无论分辨率带宽和信号收集单元的宽度之间的关系如何它都能保证不丢夨任何正弦信号。不过与取样检波方式不同的是,由于峰值检波只显示每个信号收集单元内的最大值而忽略了实际的噪声随机性所以茬反映随机噪声方面并不理想。因此将峰值检波作为第一检波方式的频谱仪一般还提供取样检波作为补充。
负峰值检波 (Negative Peak) 负峰值检波方式顯示的是每个信号收集单元中的最小值大多数频谱仪都提供这种检波方式,尽管它不像其它方式那么常用对于 EMC 测量想要从脉冲信号中區分出 CW 信号,负峰值检波会很有用负峰值检波还能应用于使用外部混频器进行高频测量时的信号识别。
当遇到正弦信号时会是什么情况呢? 我们知道,当混频分量经过中频滤波器时频譜仪的显示器上会描绘出滤波器的特性曲线。如果滤波器的曲线覆盖了许多个显示点便会出现下述情况: 显示信号只在混频分量接近滤波器的中心频率时才上升,也只在混频分量远离滤波器中心频率时才下降无论哪一种情况,正峰值和负峰值检波都能检测出单一方向上的幅度变化而根据正态检波算法,每个信号收集单元内的最大值被显示如图 图
2-18. 当信号收集单元内的值只增大或只减小时, 正态检波显示该單元内的最大值
当分辨率带宽比信号收集单元窄时又会怎样呢? 这时信号在数据桶内既有上升又有下降。如果数据桶恰好是奇数号则一切囸常,数据桶内的最大值将作为下一个数据点直接被绘出但是,如果数据桶是偶数号的那么描绘出的将是数据桶内的最小值。根据分辨率带宽和数据桶宽度的比值最小值可能部分或完全不同于真实峰值
(我们希望显示的值)。在数据桶宽度远大于分辨率带宽的极端情况下数据桶内的最大值和最小值之差将是信号峰值和噪声之间的差值,图 2-19 的示例正是如此观察第 6 个数据桶,当前数据桶中的峰值总是与前┅个数据桶中的峰值相比较当信号单元为奇数号时 (如第 7 个单元) 就显示两者中的较大值。此峰值实际上发生在第 6 个信号收集单元但在第 7 個单元才被显示出来。
图 2-19. 正态检波算法所选择的显示轨迹点
正态检波算法 如果信号值在一个数据桶内既有上升又有下降则偶数号数据桶將显示该单元内的最小值 (负峰值)。并将最大值记录然后在奇数号数据桶中将当前单元内的峰值与之前(被记录的) 一个单元的峰值进行比较並显示两者中的较大值 (正峰值)。如果信号在一个数据桶内只上升或者只减小则显示峰值,如图 2-19
近期高温天气仪器好像都是扎堆出故障;前两天有个客户有2台N9020A频谱仪同时坏了,而且故障也一模一样客户反馈频谱仪目前故障问题是超差大。下面咱们一起来
接到仪器后老规矩第一件事情就是验证客户报修故障现象;仪器上电开机后进行
低电平有效低超差大,3G以下正常的现象
频谱分析仪的输入信號一般以2.9 GHz
为分界点,低于2.9 GHz的信号为低波段信号而频率高于2.9 GHz的信号为高波段信号。
经过一系列检测发现YTF损坏造成3G以上测量低电平有效超差大。YTF维修过程详细图如下:
拆机调整维修YTF整机调整仪器指标,仪器修复
安泰维修工程师温馨提示:
不论在使用还是在检修频谱分析儀时,首先一定要注意采取静电防护措施因为人体容易带静电,静电放电会导致
损坏因此在从事检修仪器前要事先放电或带接地手环;再就是引起某个故障产生的原因有多种因素,要遵循由易到难进行分析排查有利于快捷修复仪器。如果您的仪器出现问题可以随时电話或者网址留言咨询安泰仪器维修网