频谱分析仪的使用

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1、频谱分析仪的使用我们学习频谱分析仪的使用，首先我们要知道频谱分析仪与示波器、频率计之间的异同 点，这样我们就明确了在什么情况下使用哪种仪器来进行测量。频谱分析仪在电子通信设备 的检测、维修领域起着重要的作用，有着射频信号测量之王的美称。下面我们来看一下频谱 分析仪、示波器、频率计各自的特点。频谱分析仪是关于信号的频域的测量，在它的显示屏 幕上，它的横座标显示的是信号的频率，而纵座标显示的是信号的强度值，一台高性能的频 谱分析仪能够测量电路中或空间电信号的频率及强弱，信号的质量，是否失真(主要是通过 观测信号的谐波成份)，而示波器是关于信号的时域范围的测量，它可以测量信号的不同时 刻的轨迹(波形

2、)。那么，在电子测量中，频谱分析仪在那种情况使用呢。由于频谱分析仪 测量灵敏度高(例AT5010最低能测到2.24uv，甚至更低，一般示波器在Imv,频率计要 在 20mv 以上，跟频谱仪比相差10000 倍。)，基于这一特点，它广泛应用于无线通信设 备的检测和维修上，例如，政府的无线电管理委员会为了管理城市的无线电波的频率、功率 (他们的工作被称为空间无线信道的交警)，经常开着安装有频谱仪的工作车在城市里测量 各单位的无线设备的频率是否合法、功率、谐波是否超标，而各移动通信公司也用频谱仪来 测量发射设备的工作是否正常，在维修手机不入网故障时，经常需要测量手机主电路板的 1 3MHz基本时钟信

3、号。一般情况下，可以用示波器判断13MHz电路信号的存在与否，以及 信号的幅度是否正常，然而，却无法利用示波器确定13MHz电路信号的频率是否正常，用 频率计可以确定 13MHz 电路信号的有无，以及信号的频率是否准确，但却无法用频率计判 断信号的幅度是否正常。然而，使用频谱分析仪可迎刃而解，因为频谱分析仪既可检查信号 的有无，又可判断信号的频率是否准确，还可以判断信号的幅度是否正常。同时它还可以判 断信号，特别是VCO信号是否纯净。可见频谱分析仪在手机维修过程中是十分重要的。另外，数字手机的接收机、发射机电路在待机状态下是间隙工作的，所以在待机状态下， 示波器、频率计很难测到射频电路中的信号

4、，对于这一点，应用频谱分析仪不难做到。一、使用前须知在使用频谱分析仪之前，有必要了解一下分贝(dB)和分贝毫瓦(dBm)的基本概念，下面作 一简要介绍。1 分贝 (dB) 分贝是增益的一种电量单位，常用来表示放大器的放大能力、衰减量等，表示的是一个相对 量，分贝对功率、电压、电流的定义如下：分贝数：101g(dB)例如：A功率比B功率大一倍，那么，101gA/B=101823dB,也就是说，A功率比B功 率大 3dB，2.分贝毫瓦(dBm)分贝毫瓦(dBm )是一个表示功率绝对值的单位，计算公式为：分贝毫瓦=101g(dBm) 例如，如果发射功率为Imw，则按dBm进行折算后应为：lOlglm

5、w/1mw=0dBm。如果发 射功率为 40mw，则10g40w / 1mw-46dBm。二、频谱分析仪介绍 生产频谱分析仪的厂家不多。我们通常所知的频谱分析仪有惠普(现在惠普的测试设备分离出来，为安捷伦)、马可尼、惠美以及国产的安泰信。相比之下，惠普的频谱分析仪性能 最好，但其价格也相当可观，早期惠美的5010 频谱分析仪比较便宜，国产的安泰5010 频 谱分析仪的功能与惠美的5010 差不多，其价格却便宜得多。下面以国产安泰5010 频谱分析仪为例进行介绍。1性能特点AT5010最低能测到2.24uv，即是-100dBm。一般示波器在Imv,频率计要在20mv以 上，跟频谱仪比相差1000

6、0 倍。如用频率计测频率时，有的频率点测量很难，有的频率点 测最不准，频率数字显示不稳定，甚至测不出来。这主要足频率计灵敏度问题，即信号低于 20mv 频率计就无能为力了，如用示波器测量时，信号5失真示波器看不出来，在频谱仪 上万分之一的失真都能看出来。但需注意的是，频谱仪测量的是高频信号，其高灵敏度也就决定了，要注意被测信号的幅度 范围，以免损坏高频头，在 2.24uv-1V 之间，超过其范围应另加相应的衰减器。AT5010频谱分析仪频率范围在0.151OOOMHz(1G),其系列还有3G、8G、12G等产 品。AT5010 频谱分析仪可同时测量多种(理论上是无数个)频率及幅度， Y 轴表示

7、幅度， X 轴表 示频率，因此能直观的对信号的组成进行频率幅度和信号比较，这种多对比件的测量，示波 器和频率计是无法完成的。2性能指标(1) 频率频率范围：0. 151050MHz中心频率显示精度：士 IOOkHz频率显示分辨率： IOOkHz扫频宽度：100kHz/格一100MHz/格中频带宽(一 3dB)： 400kHz 和 20kHz扫描速度： 43Hz(2) 幅度幅度范围：一 100+13dBm屏幕显示范围：80dBm(10dB/格)参考 :一 27-13dBm(每级 10dB)参考 电平精度： 2dD平均噪声电平：一 99dBm(3) 输入。输入阻抗： 50n插座： BNC衰减器：

8、040dB输入衰减精度： 1dDm最大输入电平： +10dBm、 +25V(DC)3.安泰5010 频谱分析仪功能介绍安泰5010 频谱分析仪面板功能示意图如图4-4 所示。(1) 聚焦旋钮(FOCJS):用于光点锐度调节。(2) 亮度调节旋钮(1NTENS)：用于光点亮暗调节。(3) 电源开关(POWER):被按下后，频谱分析仪开始工作。(4) 轨迹旋钮(TR)：即使有磁性(铍膜合金)屏蔽，地球磁场对水平扫描线的影响仍不可能避免。 通过轨迹旋钮内装的一个电位器来调整轨迹；使水平扫描线与水平刻度线基本对齐。标记按钮(ONOFF)：当标记按钮置于OFF(断)位置时，中心频率(CF)指示器发亮，此

9、时 显示器读出的是中心频率，当此开关在0N(通)位置时，标记(MK)指示器发亮，此时显示器 读出的是标记的频率，该标记在屏幕上是一个尖峰。标记旋钮(MARKER)：用于调节标记频率。(7) LED 指标灯：闪亮时表示幅度值不正确。这是由于扫频宽度和中频滤波器设置不当而造 成幅度降低所致。这种情况可能出现在扫频范围过大时(相对于中频带宽(20kHz),或视频滤 波器带宽(4kHz),若要正确测量，可以不用视频滤波器或者减小扫频宽度。(8) 中心频率粗/细调(CENTFERQ和FINE两个旋钮)：两旋钮均用于调节中心频率。中心 频率是指显示在屏幕水平中心处的频率。(9) 中频带宽选择(400kHz

10、、20kHz)：选在20kHz带宽时，噪声电平降低，选择性提高，能 分隔开频率更近的谱线。此时，若扫频宽度过宽，则由于需要更长的扫描时间，从而造成信 号过渡过程中信号幅度降低，使测量不正确。此时校准失效”LED发亮即表明这一点。(10) 视频滤波器选择(VIDEOFILTER)：可用来降低屏幕上的噪声，它使得正常情况下，平均 噪声电平刚好高出其信号(小信号)谱线，以便于观察。该滤波器带宽是4kHz。(11) Y移位调节(Y-POS):调节射速垂直方向移动。(12) BNC 5011输入端口(1NPUT 5011):在不用输入衰减时，不允许超出的最大允许输入 电压为+25V(DC)和十10dBm

11、(AC)。当加上40dB最大输入衰减时，最大输入电压为+20dB m。(13) 衰减器按钮：输入衰减器包括有4 个 10dB 衰减器，在信号进入第一混频器之前，利用 衰减器按钮可降低信号幅度。按键压下时衰减器接人。在连接任何信号到输入端之前，先选择设置为最高衰减量(4x10dB )和最高可用频宽(扫频宽 度100MHz/格)，若此时将中心频率调在500MHz,则在最大可测和显示频率范围内检测 出任意谱线。当衰减减小时，基线向上移动，则可指出在最大可显示频率范围例如1200M Hz)之外信号幅度有溢出。(14) 扫频宽度选择按键(SCANWIDTH):用来调节水平轴的每格扫频宽度。用u按键来增加

12、 每格频宽，用t按键来减少每格频宽。转换是125步级，从100kHz/格-100MHz/格。 此扫频宽度以MHz/格显示出，它代表水平线每格刻度。中心频率是指水平轴心垂直刻线 处的频率。假如中心频率和扫频宽度设置正确，X轴有10分格的长度，则当扫频宽度低于 IOOMHz时，只有全频率范围的一部分可被显示。当扫频宽度设在100MHz/格位置，中 心频率设在500MHz时，显示频率以每格100MHz扩展到右边，最右是1000MHz(500MH z+5x100MHz)。同样，中心向左边则频率减低。此情况下，左边的刻线代表0Hz。这时， 可以看到一条特别的谱线，即， “0频率”。这是由于第一本地振荡器

13、频率通过了第一中频而 产生的。当中心频率相对于扫频宽度较低时有此现象。“0 频率”的幅度对每台频谱仪是不一样的。它不能作参考电平来使用。显示在“0频率”点左边 的那些谱线被称为镜频。在“0 扫频”模式时，频谱仪工作就像是一台可选择(中频)带宽的接 收机，此时频率的选择是通过“中心频率”旋钮来实现的。通过中频滤波器的频谱线产生一个 电平显示。所选的扫频宽度/格值由设置按键上方的LED显示出来。(15) 水平位置旋钮(X-POS):水平位置调整旋钮。(16) 水平幅度调整旋钮(X-AMPL):水平幅度调整旋钮。 水平位置及水平幅度调节仅仅在仪器校准时才用。在正常使用下一般无须调节。当需要对它 们实

14、施调节时，则需要用一台很精确的射频振荡器配合使用。(17) 耳机插孔(PHONE)：阻抗大于16n的耳机或扬声器可以连到耳机插孔。当频谱仪对某 一个谱线调谐好时，可能有的音频会被解调出来。(18) 音量调节(VOL)：调节耳机输出的音量。(19) 频率显示屏：在频谱分析仪上有一个频率显示屏，显示频标所在位置的频率值。三、频谱分析仪的使用1 指导(1) AT5010频谱分析仪测量幅度为：-100dBm-+13dBm,即：信号强度达到最高的一条水 平刻度线时，此信号的幅度为-27dBm，每下一大格减10dBm。如果频谱分析仪上的4OdB 衰减器全按下时，此时最高水平刻度线幅度为+13dBm(-27

15、dBm+40dBm)o(2) 手机有些信号测试点可以直接用高频电缆连接频谱仪进行测量。但有部分测试点因为存 在阻抗匹配的问题，不能直接测量，可选用安泰AZ530-H高阻抗探头，探头输入电容为2 pF，阻抗极高，可以直接定量测量手机上任何射频信号不会对被测电路有任何影响AZ53 0-H高阻抗探头本身有2OdB(典型值)的衰减，因此用其作定量测量时，要在其直接读数上 加 2OdB。2操作用频谱分析仪测量手机的射频信号比较方便，例如，测量爱立信T18第二中频信号(6MHz) 时，可按以下方法进行。(1) 打开频谱分析仪，调节亮度和聚焦旋钮，使屏幕上显示的光迹清晰。(2) 调节扫频宽度选择按键(SCA

16、NWIDTH)按键，使1MHz指示灯亮，表示每格所占频率为1 MHz。(3) 调节中心频率粗/细调调节旋钮，使频标位于屏幕中心位置，所指频率为6MHz。(4) 将频谱仪探头外壳与T18电路主板接地点相连，探针插到第二中频滤波器的输出端，在 电流表指针摆动时观察频谱仪屏幕上是否有脉冲式图像，正常情况下，当电流表指针摆动时， 有脉冲图像出现在 6MHz 频标位置。再如，用频谱分析仪测量诺基 3310 功放输出信号的频谱，可按以下步骤进行测量。(1) 打开频谱分析仪，调节亮度和聚焦旋钮，使屏幕上显示清晰的图像。(2) 调节中心频率粗/细调调节旋钮，使频标位于屏幕中心位置，显示屏显示频率值为900 MHz。(3) 调节扫频宽度选择按键(SCANWI