如何使用频谱分析仪

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了如何使用频谱分析仪相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

一、什么是频谱分析仪在频域内分析信号的图示测试仪。以图形方式显示信号幅度按频率的分布,即X轴表示频率,Y轴表示信号幅度。 二、原理:用窄带带通滤波器对信号进行选通。 三、主要功能:显示被测信号的频谱、幅度、频率。可以全景显示,也可以选定带宽测试。 四、测量机制: 1、把被测信号与仪器内的基准频率、基准电平进行对比。因为许多测量的本质都是电平测试,如载波电平、A/V、频响、C/N、CSO、CTB、HM、CM以及数字频道平均功率等。 2、波形分析:通过107选件和相应的分析软件,对电视的行波形进行分析,从而测试视频指标。如DG、DP、CLDI、调制深度、频偏等。 五、操作: (一)硬键、软键和旋钮:这是仪器的基本操作手段。 1、三个大硬键和一个大旋钮:大旋钮的功能由三个大硬键设定。按一下频率硬键,则旋钮可以微调仪器显示的中心频率;按一下扫描宽度硬键,则旋钮可以调节仪器扫描的频率宽度;按一下幅度硬键,则旋钮可以调节信号幅度。旋动旋钮时,中心频率、扫描宽度(起始、终止频率)、和幅度的dB数同时显示在屏幕上。 2、软键:在屏幕右边,有一排纵向排列的没有标志的按键,它的功能随项目而变,在屏幕的右侧对应于按键处显示什么,它就是什么按键。 3、其它硬键:仪器状态(INSTRUMNT STATE)控制区有十个硬键:RESET清零、CANFIG配置、CAL校准、AUX CTRL辅助控制、COPY打印、MODE模式、SAVE存储、RECALL调用、MEAS/USER测量/用户自定义、SGL SWP信号扫描。光标(MARKER)区有四个硬键:MKR光标、MKR 光标移动、RKR FCTN光标功能、PEAK SEARCH峰值搜索。控制(CONTRL)区有六个硬键:SWEEP扫描、BW带宽、TRIG触发、AUTO COVPLE自动耦合、TRACE跟踪、DISPLAY显示。在数字键区有一个BKSP回退,数字键区的右边是一纵排四个ENTER确认键,同时也是单位键。大旋钮上面的三个硬键是窗口键:ON打开、NEXT下一屏、ZOOM缩放。大旋钮下面的两个带箭头的键STEP配合大旋钮使用作上调、下调。 (二)输入和输出接口:位于一起面板下边一排。TV IN测视频指标的信号输入口;VOL INTEN是内外一套旋钮控制、调节内置喇叭的音量和屏幕亮度;CAL OUT仪器自检信号输出;300Mhz 29dBmv仪器标准信号输出口;PROBE PWR仪器探针电源;IN 75Ω1M—1.8G测试信号总输入口。 (三)测试准备: 1、限制性保护:规定最高输入射频电平和造成永久性损坏的最高电压值:直流25V,交流峰峰值100V。 2、预热:测试须等到OVER COLD消失。 3、自校:使用三个月,或重要测量前,要进行自校。 4、系统测量配置:配置是测量之前把测量的一些参数输入进去,省去每次测量都进行一次参数输入。内容:测试项目、信号输入方式(频率还是频道)、显示单位、制式、噪声测量带宽和取样点、测CTB、CSO的频率点、测试行选通等。配置步骤:按MODE键——CABLE TV ANALYZER软键——Setup软键,进入设置状态。细节为tune config调谐配置:包括频率、频道、制式、电平单位。Analyzer input输入配置:是否加前置放大器。Beats setup拍频设置、测CTB、CSO的频点(频率偏移CTB FRQ offset、CSO FRQ offset)。GATING YES NO是否选通测试行。C/N setup载噪比设置:频点(频率偏移C/N FRQ offset)、带宽。 频谱分析仪的特点1.频谱分析仪采用扫频调谐接收技术,把信号的幅频特性等参数在CRT上显示出来,很直观,一目了然。2.频谱分析仪能同时显示复合信号的各个频率的量值(但不反映相位量值)3.频谱分析仪显示动态范围大:70-120db。4.频谱分析仪的频率覆盖很宽,从uHz-325GHz,一般微波频谱分析仪在:100Hz-26.5GHz如日本爱德万公司的R3271A、R3371A,HP8566HB等等。5.输入信号幅度范围宽:-156dbm-+30dbm,不论小信号、大信号它都能适应。6.频率稳定度好。现代频谱分析仪大都用合成锁相技术,一般都可以达到2*10(-6)/日-5*10(-9)/日,如爱德万公司R3365A,R3265A,R3371A,R3271A等可达2X10(-8)/日,并有5X10(-9)/日的选件。频率显示分辨率可达1Hz。7.分辨带宽很窄,高档次、高质量的频谱分析仪一般都可以达到:10Hz-3MHz,低频谱分析仪可达mHz数量级。8.测量幅度精度高,对各种频率的幅度测量精度可达:±0.1db-±3db。9.有部分频谱分析仪还增加固定调谐法(另扫宽),相当于一台示波器,能测量信号频率的时域特性。如爱德万公司的R4136等。10.80年代中期以来的频谱分析仪都带有计算机控制接口,各种输出设备接口,能组成自动化测试系统,并可远程测量和控制。又可硬拷贝输出,不需昂贵的照机设备。11.频谱分析仪还备有各种选件、测试软件,在许多专用场合也是一台理想的仪器。 频谱分析仪测量要注意的问题使用频谱分析仪测量系统指标,一般只需将频谱分析仪与系统直接相连,然后按照指标的测量方法操作,在测量过程中,特别需要注意以下一些问题。 (1) 信号输入大小的调节频谱分析仪的输入如果过高,分析仪将使它产生非线性失真,测试出的结果则由于失真产生误差;如果信号电平过低,信号可能被分析仪的底噪声所掩盖,无法正确测量信号,这两种情况都会减小测量的动态范围。因此,使用前要十分清楚地了解信号的输入范围,正确选择输入衰减。射频信号输入时,还应注意电缆特性阻抗与仪器输入阻抗匹配,否则信号不匹配则会引起衰减,造成测量误差。在有线电视系统中,电缆特性阻抗一般为75Ω,分析仪输入阻抗一般可以在50Ω和75Ω之间选择,所以在测量时要正确选择分析仪的输入阻抗,减小测量误差。 (2) 分辨带宽的选择 在频谱分析仪中,频率分辨力是一个非常重要的概念,它是由中频滤波器的带宽决定的,这个带宽决定了仪器的分辨带宽BWRES,如果滤波器的带宽是100Hz,那么谱线频率就有100Hz的不定性。若在一个滤波器的带宽频率范围内出现了两条谱线,则不可能检出这两条谱线是不同的频率分量,但是将测出它在频率范围内的能量而不考虑多少谱线产生这一能量,因此,对于两条紧密相关的谱线,其分辨力取决于滤波器的宽度。在实际测量过程中,应该正确选择频率分辨带宽的大小,既不能把不需要的信号混合到测量信号中,也不能把需要的信号排除在外。 (3) 信号检波器的选择 频谱分析仪中的信号检波器有峰值检波和取样检波等类型,峰值检波是最常用的类型。中频滤波器的输出接到检波器上,检波器产生与中频级输出的交流信号电平成正比的直流电平。我们可以根据信号测量指标的不同,选用不同的检波方式,如测量信号电平时采用峰值检波,测量噪声时采用取样检波。 (4) 垂直刻度的选择在频谱分析仪中,由于信号电平大幅度变化,一般采用对数刻度,而在检波器之前有一个对数放大器,对数放大器按照对数函数来压缩信号电平,即对于输入电平幅度V,输出电压幅度为lgV,这样大大地减小了由检测器所检测的信号电平变化,同时向用户提供了校准成单位为分贝的对数垂直刻度。另外也可以根据信号的不同选择线性垂直刻度,它所表示的信号范围较小。 (5) 视频滤波器带宽的选择视频滤波器是一个低通滤波器,它可以减小检波器输出的噪声变化,揭示一些已被掩盖且接近本底噪声的信号,如果噪声是待测量,则视频滤波器还有助于稳定测量。采用宽带视频滤波器时,噪声的波动较大;采用窄带视频滤波器时,波动显著减小,两者噪声平均值一样,只是噪声的波动不同。 参考技术A

频谱仪的参数设置背后有其依据,想学习如何使用频谱仪,得从频谱仪构造原理了解。简单介绍一下我们技术团队总结的检波器选择:

设置当前测量的检波方式,同时将检波方式应用于当前迹线。可选的检波器类型包括:正峰值、负峰值、标准、抽样、有效值平均或电压平均。

1. 正峰值

对于迹线上的每一个点,正峰值检波显示对应时间间隔内的采样数据中的最大值。

2. 负峰值

对于迹线上的每一个点,负峰值检波显示对应时间间隔内的采样数据中的最小值。

3. 标准检波

标准检波(也称正态检波或rosenfell检波)依次选取采样数据段中的最大值和最小值显示,即对于迹线上每一个奇数号点,显示采样数据的最小值,对于迹线上每一个偶数号点,显示采样数据的最大值。使用标准检波可直观地观察信号的幅度变化范围。

4. 抽样检波

对于迹线上的每一个点,抽样检波显示对应时间间隔中心时间点对应的瞬态电平。抽样检波适用于噪声或类似噪声信号。

5. 有效值平均

对于每一个数据点,检波器对相应时间间隔内的采样数据做均方根计算(见公式(2-8)),显示计算结果。有效值平均检波可以抑制噪声,观察弱信号。

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参考技术B 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40dB衰减器全按下时,此时最高水平刻度线幅度为+13dBm(-27dBm+40dBm)。
(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2pF,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。AZ530-H高阻抗探头本身有20dB(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20dB。
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(SCANWIDTH)按键,使1MHz指示灯亮,表示每格所占频率为1MHz。
(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900MHz。
(3)调节扫频宽度选择按键(SCANWIDTH)按键,使10MHz指示灯亮,表示每格所占频率为10MHz。
(4)将频谱仪外壳与3310主板接地点相连,控针插到功放块的输出端,并拨打“112”,观察电流表摆动的同时观看频谱仪屏幕上有无脉冲图像,正常情况下,在900MHz频标附近会出现脉冲图像,但幅度会超出屏幕范围,可以按衰减按键,使图像最高点在屏幕范围内。
(5)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,此时显示器读出的是中心频率,当此开关在ON(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。
(6)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

如何使用 FFTW3/QWT 绘制频谱?

【中文标题】如何使用 FFTW3/QWT 绘制频谱?【英文标题】:How to plot spectrum using FFTW3/ QWT? 【发布时间】:2014-06-22 17:27:15 【问题描述】:

我想绘制频谱(就像他们在 Audacity 中所做的那样)。因此,我想要 x 轴上的赫兹频率和 y 轴上的幅度。 我的输入是一个周期性的正弦波,幅度为 0,7,频率为 500HZ。我使用 FFTW 计算幅度并使用 QWT 进行绘图。 我的问题,我应该在 setSamples 中输入什么参数来获得 500 HZ 的图片? 任何帮助,将不胜感激 这是我的代码

【问题讨论】:

【参考方案1】:

从documentation 开始,您必须设置两个指针,指向构建曲线的数据和大小(在您的情况下为样本数)。

void QwtPlotCurve::setSamples(const double *xData, const double *yData, int size)

在您的情况下,yData 是来自 FFT 的数据,xData 是一个从 FFT 的最小到最大/2 频率值扫描的数组,当信号是真实信号时丢弃另一半:

curve->setSamples(signalx, magnitude, N/2);

如果我是正确的,这应该可以工作。

编辑

也改变:

signalx[i]=i;
magnitude[i]=sqrt(reout[i]*reout[i] + imgout[i]*imgout[i]); //calculate magnitude 

到:

signalx[i]=(double)(Fs * i) / (double)N;
magnitude[i]=sqrt(reout[i]*reout[i] + imgout[i]*imgout[i]) / ((double)N / 2.0);

表示图中幅度[i] 元素的频率。

您还应该检查nyquist frequency。以 1000Hz 采样 500Hz 正弦波会产生混叠,如果您绘制 signal[] 数据(以离散步骤),您可以看到它。

【讨论】:

感谢 Marco,尽管更改了 f 代码,但我的图表仍然是空的 我已经更新了答案,希望这次它可以正常工作。如果不是this link 可能会有用。抱歉,我无法测试 Qwt/ffw3 库。 当我设置采样率 Fs=8000 Hz 和 f=1000Hz 时,图中 pic 为 2000Hz,当 f=500Hz 时,图上 pic 为 1000Hz。我在图表上的印象图片是输入频率的两倍 你说得对,我看到我的旧 C FFT 代码只计算前半部分(真实信号)。答案已更新。一个问题:您的幅度是否正确表示? 幅度正确表示为幅度[i]=sqrt(reout[i]*reout[i] + imgout[i]*imgout[i]) / (double)N/2;否则无法正确表示

以上是关于如何使用频谱分析仪的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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