頻譜儀帶寬的正確設置

2017-02-17 by:CAE仿真在線來源:互聯網

在測量一些CATV系統指標中,常常要用到頻譜儀,為了使測量結果準確,在頻譜儀的使用上常涉及到一個分辨帶寬設置的問題。要弄清這個問題,需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生),本振受斜波發生器的控制,在斜波發生器的控制下,本振頻率將從低到高的線性變化。這樣在顯示時,斜波發生器產生的斜波電壓加到顯示器的X軸上,檢波器輸出經低通濾波器后接到Y軸上,當斜波發生器對本振頻率進行掃描時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,用在分析掃描時對響應進行平滑。

頻譜儀帶寬的正確設置HFSS分析圖片1

1、分辨帶寬

在頻譜分析儀中,頻率分辨率是一個非常重要的概念,它是由中頻濾波器的帶寬所確定的,這個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,也即在一個濾波器的帶寬頻率范圍內,出現了兩條譜線的話,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。因此會出現測量誤差。所以,對于兩條緊密相關的譜線,其分辨力取決于濾波器的帶寬。

頻譜儀帶寬的正確設置HFSS分析圖片2

我們以測量載波電平為例,對儀器的分辨帶寬設置加以比較,圖2是分辨帶寬分別是(由下到上)30KHZ、300KHZ、3MHZ的頻譜曲線(輸入為單個載波信號),在設置分辨帶寬時,我們考慮的是儀器是否能充分響應輸入信號時有足夠的帶寬,正確的方法是展寬濾波器的帶寬,當在屏幕上觀察到信號載波幅度不再增加時,就表示中頻濾波器對輸入信號的響應已有足夠的帶寬了。在圖中我們看到,當分辨帶寬在300KHZ到3MHZ變化時,顯示的信號幅度沒有變化,這就可以認為300KHZ帶寬已經足夠了。另外,分辨帶寬在300KHZ和3MHZ之間設置時,對于單個載波情況下的信號幅度沒有變化,但是在實際測量CATV 系統圖象載波電平時卻不能將分辨帶寬設為3MHZ,這是因為在實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際的高。

頻譜儀帶寬的正確設置HFSS圖片3

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存在的能量,所以通過視頻濾波器可達到提取直流分量去除一些交流分量,這樣能給出更穩定的無噪聲輸出。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,采用寬帶濾波器時噪聲的波動較大,采用窄帶濾波器時波動顯著減少,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,我們則需要較寬的視頻濾波器帶寬,以便觀察和分析,所以我們可根據不同的情況來設置視頻濾波器的帶寬。

視頻濾波器的帶寬和分辨帶寬的關系是: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。

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