頻譜分析儀簡(jiǎn)稱(chēng)頻譜儀,基本功能是測(cè)試射頻功率譜掃描測(cè)試,直角坐標(biāo)系橫軸是頻率(Hz),縱軸是功率(dBm),頻譜曲線表征每個(gè)頻點(diǎn)的功率值。
頻譜儀的基本結(jié)構(gòu)原理圖如下:
衰減器,是將輸入信號(hào)功率按照預(yù)設(shè)比例減小的裝置。它用來(lái)降低輸入信號(hào)的功率,增大頻譜儀的功率量程上限,優(yōu)化動(dòng)態(tài)范圍,改善阻抗匹配。調(diào)節(jié)衰減器能區(qū)分識(shí)別儀器自身產(chǎn)生的虛假信號(hào),跟隨衰減器調(diào)節(jié),峰值讀數(shù)發(fā)生較大變化的信號(hào),是頻譜儀自身雜散。
前置放大器通常也叫預(yù)放,是將輸入信號(hào)功率按照預(yù)設(shè)比例放大的裝置,用來(lái)提高頻譜儀的靈敏度。
混頻器是頻譜儀射頻前端的核心,頻譜儀射頻前端采用超外差混頻方式,所謂超外差(superheterodyne)是超聲外差(supersonic heterodyne)的縮寫(xiě),指中頻頻率較高;另一種常見(jiàn)的接收機(jī)混頻方式是零中頻,即射頻與本振的頻率相等。
混頻器之前的濾波器用來(lái)抑制輸入射頻RF的鏡像頻率RF',即對(duì)稱(chēng)與本振LO的頻率,例如,當(dāng)中頻IF=LO-RF時(shí),鏡像RF'=LO+IF。當(dāng)采用高中頻設(shè)計(jì)時(shí)(超外差I(lǐng)F>RF),鏡頻濾波器為低通濾波器;對(duì)高于9GHz的微波頻段,通常使用YIG調(diào)諧帶通濾波器抑制鏡頻。
中頻濾波器帶寬就是我們通常說(shuō)到的分辨率帶寬RBW,頻譜儀帶寬按照-3dB定義(功率50%),EMI接收機(jī)按照-6dB帶寬定義(電壓50%)?,F(xiàn)代頻譜儀常用模擬濾波器結(jié)合數(shù)字濾波器的方式實(shí)現(xiàn)中頻濾波。最后一級(jí)混頻和中頻放大后的中頻濾波器是模擬帶通濾波器,位于ADC之前。數(shù)字濾波器是用預(yù)設(shè)的濾波器算法和帶寬,與通過(guò)IQ矢量FFT的獲得中頻頻譜相乘,從而實(shí)現(xiàn)中頻濾波過(guò)程。
檢波器,用來(lái)檢測(cè)中頻信號(hào)電壓包絡(luò)獲取電平測(cè)量值的器件。模擬中頻信號(hào),經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波器,輸出峰值包絡(luò)也就是視頻信號(hào),經(jīng)ADC轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào),經(jīng)數(shù)字視頻濾波(對(duì)應(yīng)視頻濾波器),然后檢波運(yùn)算。檢波方式分為峰值、采樣、RMS和平均等。
檢波器的輸出顯示被測(cè)頻率范圍的頻譜。
EMI接收機(jī)與頻譜儀在結(jié)構(gòu)和原理上是基本一致的,與頻譜儀的主要區(qū)別:
EMI接收機(jī)不是連續(xù)掃描,是離散固定點(diǎn)頻測(cè)量;
EMI接收機(jī)中頻帶寬是-6dB,頻譜儀是-3dB;
通常接收機(jī)射頻前端有預(yù)選器,而頻譜儀只有鏡頻濾波器;
專(zhuān)用接收機(jī)有某些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的特殊類(lèi)型檢波器。