正確設置頻譜儀帶寬
2015-08-03
 

來源:電子信息港

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,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。

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。

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。

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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