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信號分析儀是怎樣「讀懂」信號的?

上海華湘
2024-03-25 14:08
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設置衰減、控制標度、優(yōu)化信噪比

當被測器件(DUT)連接至信號分析儀的輸入端時(shí),信號首先通過(guò)的是射頻輸入衰減器和前置放大器這兩個(gè)元器件,其功能分別是衰減和放大信號,令信號幅度達到信號分析儀其他元器件能夠接受的程度。你還可以通過(guò)這兩個(gè)元器件控制顯示屏上的顯示標度, 在此過(guò)程中,衰減器設置可以幫助你優(yōu)化信噪比(SNR)。

接下來(lái),信號將通過(guò)濾波器。在入門(mén)級信號分析儀中,這個(gè)濾波器通常是一個(gè)普通的帶通濾波器。如果信號分析儀的濾波器是一個(gè)預選器,那么這就是一個(gè)可調諧的帶通濾波器,它能夠覆蓋從低頻到高頻的整個(gè)頻域。預選器決定了分析儀在任何給定時(shí)刻能夠采集的頻率范圍。

了解混頻器的影響獲得精準測量

當濾波器掃描完整個(gè)分析帶寬后,信號將經(jīng)由混頻器的輸入端口進(jìn)入混頻器,與此同時(shí),混頻器的本地振蕩器(LO)端口也會(huì )接收來(lái)自本地振蕩器的信號,并用掃描發(fā)生器進(jìn)行調諧。最終,輸入信號與LO信號的混合產(chǎn)物將從混頻器的第三個(gè)端口輸出。換句話(huà)說(shuō),混頻器輸出的是信號頻率與本地振蕩器頻率的和或差。

當混頻后的輸出信號等于信號路徑下游的中頻(IF)濾波器的頻率時(shí),混頻信號將會(huì )經(jīng)過(guò)中頻濾波器繼續前進(jìn)。 信號分析儀此時(shí)會(huì )確定信號的頻率,讓系統的其他部分只需負責處理幅度。在信號到達下一個(gè)濾波器之前,混頻器會(huì )將這個(gè)信號發(fā)送到 模擬/數字轉換器(ADC),將其從模擬信號轉換為數字信號。由于混頻器有可能引入雜散、噪聲或諧波,因此需要查看信號分析儀的特征以區分哪些信號特征是被測器件自身的,哪些是受混頻器影響添加或加劇的。

根據所需測量結果類(lèi)型設置RBW

經(jīng)過(guò)混頻后的信號,其頻率已經(jīng)確定,并轉換成數字信號,即將通過(guò)中頻濾波器。

在中頻濾波器中能夠控制的設置是分辨率帶寬(RBW)——中頻濾波器的 3 dB 帶寬。RBW較寬時(shí),可快速進(jìn)行掃描,不過(guò)水平分辨率會(huì )較低,本地噪聲會(huì )較高;當RBW帶寬較窄時(shí),掃描需要更長(cháng)的時(shí)間,因為你一次只需查看較窄帶寬,所以能夠區分頻率更接近的獨立信號,降低本底噪聲,提高頻率讀數精度。


控制中頻濾波器的帶寬,你能夠決定觀(guān)測的測量結果類(lèi)型。當想要進(jìn)行寬范圍掃描或快速掃描獲得粗略測量結果時(shí)可使用寬RBW,反之,當需要深入分析測量結果細節時(shí),應使用窄RBW。

利用不同檢波器全面了解信號幅度

信號通過(guò)中頻濾波器后將通過(guò)數字檢波器,它將告訴你信號在掃描時(shí)間內的幅度。與模擬頻譜分析儀相比,數字信號分析儀的優(yōu)勢是能夠選擇在屏幕上顯示的數據。

數字檢波器是將ADC所獲得的數據點(diǎn)分成多個(gè)區塊,然后從每個(gè)區塊選擇一個(gè)數據點(diǎn),在屏幕上重構信號。你可以選用不同算法,選擇每個(gè)區塊中使用的數據點(diǎn)。如正峰值檢波器可選擇每個(gè)區塊中最大的數據點(diǎn);負峰值檢波器選擇的是每個(gè)區塊中最小的數據點(diǎn)。如果您想要了解極限情況,可以使用這些檢波器。而樣本檢測通常會(huì )選擇每個(gè)區塊中間的數據點(diǎn),還有其他檢波器包括正態(tài)(也稱(chēng)為 Rosenfell)檢波器和 RMS 檢波器。

此時(shí),信號結束了信號分析儀內部的旅程,

并顯示在屏幕上,可以開(kāi)始你的測量了!