頻譜儀使用中的帶寬設(shè)置問題

在測量一些CATV系統(tǒng)指標(biāo)中,常常要用到頻譜儀,為了使測量結(jié)果準(zhǔn)確,在頻譜儀的使用上常涉及到一個(gè)分辨帶寬設(shè)置的問題.要弄清這個(gè)問題,得要知道一些頻譜儀的基本原理.圖1是頻譜儀的基本原理框圖.圖中的中頻頻率(輸入信號通過與本振信號的和頻或差頻產(chǎn)生),本振受斜波發(fā)生器的控制,在斜波發(fā)生器的控制下,本振頻率將從低到高的線性變化.這樣在顯示時(shí),斜波發(fā)生器產(chǎn)生的斜波電壓加到顯示器的X軸上,檢波器輸出經(jīng)低通濾波器后接到Y(jié)軸上,當(dāng)斜波發(fā)生器對本振頻率進(jìn)行掃描時(shí)顯示器上將自動繪出輸入信號的頻譜.檢波器輸出端的低通濾波器稱為視頻濾波器,用在分析掃描時(shí)對響應(yīng)進(jìn)行平滑.
1、 分辨帶寬
在頻譜分析儀中,頻率分辨率是一個(gè)非常重要的概念,它是由中頻濾波器的帶寬所確定的,這個(gè)帶寬決定了儀器的分辨帶寬.例如,濾波器的帶寬是100KHZ.那么譜線頻率就有100KHZ的不定性,也即在一個(gè)濾波器的帶寬頻率范圍內(nèi),出現(xiàn)了兩條譜線的話,則儀器不能檢出這兩條譜線,而只顯示一條譜線,此時(shí)儀器所反映的譜線電平(功率)是這兩條譜線的電平功率的疊加.因此會出現(xiàn)測量誤差.所以,對于兩條緊密相關(guān)的譜線,其分辨力取決于濾波器的帶寬.

   我們以測量載波電平為例,對儀器的分辨帶寬設(shè)置加以比較,圖2是分辨帶寬分別是(由下到上)30KHZ、300KHZ、3MHZ的頻譜曲線(輸入為單個(gè)載波信號),在設(shè)置分辨帶寬時(shí),我們考慮的是儀器是否能充分響應(yīng)輸入信號時(shí)有足夠的帶寬,正確的方法是展寬濾波器的帶寬,當(dāng)在屏幕上觀察到信號載波幅度不再增加時(shí),就表示中頻濾波器對輸入信號的響應(yīng)已有足夠的帶寬了.在圖中我們看到,當(dāng)分辨帶寬在300KHZ到3MHZ變化時(shí),顯示的信號幅度沒有變化,這就可以認(rèn)為300KHZ帶寬已經(jīng)足夠了.另外,分辨帶寬在300KHZ和3MHZ之間設(shè)置時(shí),對于單個(gè)載波情況下的信號幅度沒有變化,但是在實(shí)際測量CATV系統(tǒng)圖象載波電平時(shí)卻不能將分辨帶寬設(shè)為3MHZ,這是因?yàn)樵趯?shí)際中圖象載波附近存在相鄰頻道的伴音載波(相距1.5MHZ),3MHZ帶寬則不能把相鄰伴音載波的能量濾掉,這樣相鄰伴音載波的能量會加到正在測量的圖象載波上,使測到的電平值比實(shí)際的高.
2、   視頻濾波器
    在圖1中的檢波器之后的濾波器稱為檢波濾波器又叫視頻濾波器,它是一個(gè)低通濾波器,它的作用可以減少檢波器輸出的噪聲變化,揭示一些已被掩蓋且接近本底噪聲的信號,如果是測量噪聲功率,它還有助于穩(wěn)定測量.
    檢波器輸出端往往存在直流分量和交流分量,直流分量代表著中頻帶寬內(nèi)存在的能量,所以通過視頻濾波器可達(dá)到提取直流分量去除一些交流分量,這樣能給出更穩(wěn)定的無噪聲輸出.圖3是不同視頻帶寬下,檢波器輸出的信號圖,圖3a采用寬帶視頻濾波器,圖3b采用窄帶視頻濾波器,由圖中可看出,采用寬帶濾波器時(shí)噪聲的波動較大,采用窄帶濾波器時(shí)波動顯著減少,兩者的噪聲平均值卻一樣,也就是說濾波器不會降低平均噪聲電平,但能減少噪聲的峰值電平.因而能暴露出用較寬視頻濾波器不能看到的低電平信號.但在某些情況下,如分析一些特殊的噪聲信號時(shí),我們則需要較寬的視頻濾波器帶寬,以便觀察和分析,所以我們可根據(jù)不同的情況來設(shè)置視頻濾波器的帶寬.
視頻濾波器的帶寬和分辨帶寬的關(guān)系是:檢波前的噪聲可以通過較窄的分辨帶寬來降低,從而降低檢波器的噪聲輸出電平;檢波后的噪聲則通過窄帶視頻濾波器來平滑減少噪聲波動,但不能降低噪聲的平均功率電平.

頻譜儀的掃描速度問題
    用頻譜儀對電信號進(jìn)行測量時(shí),為了減少測量誤差,我們往往要根據(jù)所要測量的信號特點(diǎn)來設(shè)定儀器的分辨率帶寬、視頻帶寬和掃描速度(或時(shí)間),這幾項(xiàng)儀器參數(shù)設(shè)定是頻譜儀使用中的三大基本設(shè)定.分辨帶寬和視頻帶寬問題在上面的文章以有闡述,這里我主要講述一下掃描速度問題.
    通常在測量時(shí)我們都希望儀器能以最快的速度顯示相關(guān)測量的結(jié)果,那么我們是否可將掃描速度設(shè)得任意快呢?回答是否定的,我們知道任何電子電路都有不同的工作帶寬,不同的帶寬電路對信號的響應(yīng)時(shí)間是不同的,通常帶寬較寬的電路的響應(yīng)時(shí)間比帶寬較窄的電路的響應(yīng)時(shí)間快.如果掃描速度過快,則電路來不及響應(yīng)而產(chǎn)生顯示誤差.在使用頻譜儀進(jìn)行信號測量時(shí),我們常常設(shè)置不同的分辨帶寬,因此儀器的掃描速度也應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置,這樣才能減少儀器的顯示誤差.
    對于使用頻譜儀的用戶來說,為了使測量處于最佳狀態(tài),理解掃描速度的限制雖然很有必要,但大多數(shù)頻譜儀能自動選擇掃描時(shí)間,只要用戶選擇自動檔就能避免出現(xiàn)測量失誤.例如HP8591頻譜儀,只要我們按下面板上的AUTO COUPLE(自動關(guān)聯(lián))鍵,儀器就能將分辨帶寬、視頻帶寬和掃描速度這三大測量參數(shù)進(jìn)行自動關(guān)聯(lián)設(shè)置,當(dāng)要進(jìn)行手動設(shè)置時(shí),相關(guān)參數(shù)的左邊會有一個(gè)“#”標(biāo)志,表示該參數(shù)是手動設(shè)置的,如我們用手動設(shè)置分辨帶寬為100KHZ,那么HP8591將顯示:#RES BW 100KHZ.
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