频谱分析仪校准证书

   频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器,用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量,可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数,是一种多用途的电子测量仪器。它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果,能分析1赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。仪器内部若采用数字电路和微处理器,具有存储和运算功能;配置标准接口,就容易构成自动测试系统。
  频谱分析系统主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性。频谱分析仪依信号处理方式的不同,一般有两种类型;即时频谱分析仪(Real-Time Spectrum Analyzer)与扫描调谐频谱分析仪(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer).即时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅,其工作原理是针对不同的频率信号而
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频谱分析仪
有相对应的滤波器与检知器(Detector),再经由同步的多工扫描器将信号传送到CRT或液晶等显示仪器上进行显示,其优点是能显示周期性杂散波(Periodic Random Waves)的瞬间反应,其缺点是价昂且性能受限于频宽范围,滤波器的数目与最大的多工交换时间(Switching Time).最常用的频谱分析仪是扫描调谐频谱分析仪,其基本结构类似超外差式接收器,工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混波器,可调变的本地振荡器经与CRT同步的扫描产生器产生随时间作线性变化的振荡频率,经混波器与输入信号混波降频后的中频信号(IF)再放大,滤波与检波传送到CRT的垂直方向板,因此在CRT的纵轴显示信号振幅与频率的对应关系。较低的RBW固然有助於不同频率信号的分辨与量测,低的RBW将滤除较高频率的信号成份,导致信号显示时产生失真,失真值与设定的RBW密切相关,较高的RBW固然有助於宽频带信号的侦测,将增加杂讯底层值(Noise Floor),降低量测灵敏度,对於侦测低强度的信号易产生阻碍,因此适当的RBW宽度是正确使用频谱分析仪重要的概念。
一般维修者不使用,一是他的价格较高,二是操作较为复杂。需要配合信号发生器。但使用起来很方便的可以查找故障。
发展
简介
频谱分析仪是对无线电信号进行测量的必备手段,是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具。因此,应用十分广泛,被称为工程师的射频万用表。
传统产品
传统的频谱分析仪的前端电路是一定带宽内可调谐的接收机,输入信号经变频器变频后由低通滤器输出,滤波输出作为垂直分量,频率作为水平分量,在示波器屏幕上绘出坐标图,就是输入信号的频谱图。由于变频器可
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频谱分析仪
以达到很宽的频率,例如30Hz-30GHz,与外部混频器配合,可扩展到100GHz以上,频谱分析仪是频率覆盖最宽的测量仪器之一。无论测量连续信号或调制信号,频谱分析仪都是很理想的测量工具。但是,传统的频谱分析仪也有明显的缺点,它只能测量频率的幅度,缺少相位信息,因此属于标量仪器而不是矢量仪器。
现代产品
基于快速傅里叶变换(FFT)的现代频谱分析仪,通过傅里叶运算将被测信号分解成分立的频率分量,达到与传统频谱分析仪同样的结果。这种新型的频谱分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器(ADC)对输入信号取样,再经FFT处理后获得频谱分布图。
在这种频谱分析仪中,为获得良好的仪器线性度和高分辨率,对信号进行数据采集时 ADC的取样率最少等于输入信号最高频率的两倍,亦即频率上限是100MHz的实时频谱分析仪需要ADC有200MS/S的取样率。
半导体工艺水平可制成分辨率8位和取样率4GS/S的ADC或者分辨率12位和取样率800MS/S的ADC,亦即,原理上仪器可达到2GHz的带宽,为了扩展频率上限,可在ADC前端增加下变频器,本振采用数字调谐振荡器。这种混合式的频谱分析仪可扩展到几GHz以下的频段使用。
FFT的性能用取样点数和取样率来表征,例如用100KS/S的取样率对输入信号取样1024点,则最高输入频率是50KHz和分辨率是50Hz。如果取样点数为2048点,则分辨率提高到25Hz。由此可知,最高输人频率取决于取样率,分辨率取决于取样点数。FFT运算时间与取样,点数成对数关系,频谱分析仪需要高频率、高分辨率和高速运算时,要选用高速的FFT硬件,或者相应的数字信号处理器(DSP)芯片。例如,10MHz输入频率的1024点的运算时间80μs,而10KHz的1024点的运算时间变为64ms,1KHz的1024点的运算时间增加至640ms。当运算时间超过200ms时,屏幕的反应变慢,不适于眼睛的观察,补救办法是减少取样点数,使运算时间降低至200ms以下。
用FFT计算信号频谱的算法
离散付里叶变换X(k)可看成是z变换在单位圆上的等距离采样值
同样,X(k)也可看作是序列付氏变换X(ejω)的采样,采样间隔为ωN=2π/N
由此看出,离散付里叶变换实质上是其频谱的离散频域采样,对频率具有选择性(ωk=2πk/N),在这些点上反映了信号的频谱。
根据采样定律,一个频带有限的信号,可以对它进行时域采样而不丢失任何信息,FFT变换则说明对于时间有限的信号(有限长序列),也可以对其进行频域采样,而不丢失任何信息。所以只要时间序列足够长,采样足够密,频域采样也就可较好地反映信号的频谱趋势,所以FFT可以用以进行连续信号的频谱分析
分类
频谱分析仪分为实时分析式和扫频式两类。前者能在被测信号发生的实际时间内取得所需要的全部频谱信息并进行分析和显示分析结果;后者需通过多次取样过程来完成重复信息分析。实时式频谱分析仪主要用于非重复性、持续期很短的信号分析。非实时式频谱分析仪主要用于从声频直到亚毫米波段的某一段连续射频信号和周期信号的分析。
扫频式频谱分析仪
它是具有显示装置的扫频超外差接收机,主要用于连续信号和周期信号的频谱分析。它工作于声频直至亚
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频谱分析仪
毫米的波频段,只显示信号的幅度而不显示信号的相位。它的工作原理是:本地振荡器采用扫频振荡器,它的输出信号与被测信号中的各个频率分量在混频器内依次进行差频变换,所产生的中频信号通过窄带滤波器后再经放大和检波,加到视频放大器作示波管的垂直偏转信号,使屏幕上的垂直显示正比于各频率分量的幅值。本地振荡器的扫频由锯齿波扫描发生器所产生的锯齿电压控制,锯齿波电压同时还用作示波管的水平扫描,从而使屏幕上的水平显示正比于频率。
工作原理如图4(a)所示。用扫频振荡器作为超外差接收机的本机振荡器,当选择开关S置于1,锯齿波扫描电压对本机振荡器I进行扫频,输入信号中的各个频率分量在混频器中与本机扫频信号进行差频,它们依次落入第一中放窄带滤波器的通带内,被滤波器选出,经二次变频、检波、放大后,加到示波管的垂直偏转系统,使屏幕上的垂直显示正比于各个频率分量的振幅。扫描电压同时加到示波管的水平偏转系统,从而使频幕的X坐标变成频率坐标,并在屏幕上显示出被分析的输入信号频谱图。上述工作方式在本机振荡器I上进行扫频,称“扫前式”工作模式,具有很宽的分析频带。当S置于2时,也可在本机振荡器Ⅱ上进行扫频,称“扫中频式”工作模式,这时可进行窄带频谱分析。
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图4 频谱分析仪工作原理图
实时式频谱分析仪
在存在被测信号的有限时间内提取信号的全部频谱信息进行分析并显示其结果的仪器主要用于分析持续时间很短的非重复性平稳随机过程和暂态过程,也能分析40兆赫以下的低频和极低频连续信号,能显示幅度和相位。傅里叶分析仪是实时式频谱分析仪,其基本工作原理是把被分析的模拟信号经模数变换电路变换成数字信号后,加到数字滤波器进行傅里叶分析;由中央处理器控制的正交型数字本地振荡器产生按正弦律变化和按余弦律变化的数字本振信号,也加到数字滤波器与被测信号作傅里叶分析。正交型数字式本振是扫频振荡器,当其频率与被测信号中的频率相同时就有输出,经积分处理后得出分析结果供示波管显示频谱图形。正交型本振用正弦和余弦信号得到的分析结果是复数,可以换算成幅度和相位。分析结果也可送到打印绘图仪或通过标准接口与计算机相连。
 技术指标
频谱分析仪的主要技术指标有频率范围、分辨力、分析谱宽、分析时间、扫频速度、灵敏度、显示方式和假响应。
频率范围
频谱分析仪进行正常工作的频率区间。现代频谱仪的频率范围能从低于1Hz至300GHz。
分辨力
频谱分析仪在显示器上能够区分最邻近的两条谱线之间频率间隔的能力,是频谱分析仪最重要的技术指标。分辨力与滤波器型式、波形因数、带宽、本振稳定度、剩余调频和边带噪声等因素有关,扫频式频谱分析仪的分辨力还与扫描速度有关。分辨带宽越窄越好。现代频谱仪在高频段分辨力为10~100赫。
分析谱宽
又称频率跨度。频谱分析仪在一次测量分析中能显示的频率范围,可等于或小于仪器的频率范围,通常是可调的。
分析时间
完成一次频谱分析所需的时间,它与分析谱宽和分辨力有密切关系。对于实时式频谱分析仪,分析时间不能小于其最窄分辨带宽的倒数。
扫频速度:分析谱宽与分析时间之比,也就是扫频的本振频率变化速率。
灵敏度
频谱分析仪显示微弱信号的能力,受频谱仪内部噪声的限制,通常要求灵敏度越高越好。动态范围指在显示器上可同时观测的最强信号与最弱信号之比。现代频谱分析仪的动态范围可达80分贝。
显示方式
频谱分析仪显示的幅度与输入信号幅度之间的关系。通常有线性显示、平方律显示和对数显示三种方式。
假响应
显示器上出现不应有的谱线。这对超外差系统是不可避免的,应设法抑止到最小,现代频谱分析仪可做到小于-90分贝毫瓦。
工作原理
频谱分析仪的工作原理
频谱分析仪架构犹如时域用途的示波器,面板上布建许多功能控制按键,作为系统功能之调整与控制,实时频谱分析仪(Real-Time Spectrum Analyzer)与扫瞄调谐频谱分析仪(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer)。实时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅,其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器(Detector),再经由同步的多任务扫瞄器将信号传送到CRT 屏幕上,其优点是能显示周期性杂散波(PeriodicRandom Waves)的瞬间反应,其缺点是价昂且性能受限于频宽范围、滤波
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频谱分析仪
器的数目与最大的多任务交换时间(Switching Time)。
最常用的频谱分析仪是扫瞄调谐频谱分析仪,可调变的本地振荡器经与CRT 同步的扫瞄产生器产生随时间作线性变化的振荡频率,经混波器与输入信号混波降频后的中频信号(IF)再放大、滤波与检波传送到CRT 的垂直方向板,因此在CRT 的纵轴显示信号振幅与频率的对应关系,信号流程架构如图1.3 所示。
影响信号反应的重要部份为滤波器频宽,滤波器之特性为高斯滤波器(Gaussian-Shaped Filter),影响的功能就是量测时常见到的解析频宽(RBW,Resolution Bandwidth)。RBW 代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的最低频宽差异,两个不同频率的信号频宽如低于频谱分析仪的RBW,此时该两信号将重叠,难以分辨,较低的RBW 固然有助于不同频率信号的分辨与量测,低的RBW 将滤除较高频率的信号成份,导致信号显示时产生失真,失真值与设定的RBW 密切相关,较高的RBW 固然有助于宽带带信号的侦测,将增加噪声底层值(Noise Floor),降低量测灵敏度,对于侦测低强度的信号易产生阻碍,因此适当的RBW 宽度是正确使用频谱分析仪重要的概念。
另外的视频频宽(VBW,Video Bandwidth)代表单一信号显示在屏幕所需的最低频宽。如前所说明,量测信号时,视频频宽过与不及均非适宜,都将造成量测的困扰,如何调整必须加以了解。通常RBW 的频宽大于等于VBW,调整RBW 而信号振幅并无产生明显的变化,此时之RBW 频宽即可加以采用。量测RF 视频载波时,信号经设备内部的混波器降频后再加以放大、滤波(RBW 决定)及检波显示等流程,若扫描太快,RBW 滤波器将无法完全充电到信号的振幅峰值,因此必须维持足够的扫描时间,而RBW 的宽度与扫描时间呈互动关系,RBW 较大,扫描时间也较快,反之亦然,RBW 适当宽度的选择因而显现其重要性。较宽的RBW 较能充分地反应输入信号的波形与振幅,但较低的RBW 将能区别不同频率的信号。例如使用于6MHz 频宽视讯频道的量测,经验得知,RBW 为300kHz 与3MHz 时,载波振幅峰值并不产生显著变化,量测6MHz的视频信号通常选用300kHz 的RBW 以降低噪声。天线信号量测时,频谱分析仪的展频(Span)使用100MHz,获得较宽广的信号频谱需求,RBW使用3MHz。这些的量测参数并非一成不变,将会依现场状况及过去量测的经验加以调整。
    频谱分析仪校准选择品信检测,品信检测于2013年成立,是一家从事计量仪器校准、检测、校验、校正服务的第三方校准机构,具有独立法人资格。2016年通过了中国合格评定国家认可委员会(CNAS)的认可,认可证书号:L9269。2015年通过当地质量技术监督局的考核,并建立了企业最高计量标准。目前已拥有电学、无线电、几何量、热学、力学、化学、电力高压检测计量等各领域专业技术,以“为客户提供专业、精准、经济、快速的服务”为宗旨,开展相应专业仪器的校准、检测、销售、维修及人员培训工作。公司秉承其科学、公正、准确、高效的计量理念,信守“科学公正、客户至上”的承诺,利用先进的计量标准仪器设备和精湛的测试技术,竭诚为每一位客户提供高质量的服务。通过不断努力,建标30多项,CNAS项目 500多项,项目电力高压 生物制药 消防气体综合实力位居民营第一,。现有员工100多人,2019已在全国各省建立分公司30多个。
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