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信号分析仪是怎样「读懂」信号的?

上海华湘
2024-03-25 14:08
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设置衰减、控制标度、优化信噪比

当被测器件(DUT)连接至信号分析仪的输入端时,信号首先通过的是射频输入衰减器和前置放大器这两个元器件,其功能分别是衰减和放大信号,令信号幅度达到信号分析仪其他元器件能够接受的程度。你还可以通过这两个元器件控制显示屏上的显示标度, 在此过程中,衰减器设置可以帮助你优化信噪比(SNR)

接下来,信号将通过滤波器。在入门级信号分析仪中,这个滤波器通常是一个普通的带通滤波器。如果信号分析仪的滤波器是一个预选器,那么这就是一个可调谐的带通滤波器,它能够覆盖从低频到高频的整个频域。预选器决定了分析仪在任何给定时刻能够采集的频率范围。

了解混频器的影响获得精准测量

当滤波器扫描完整个分析带宽后,信号将经由混频器的输入端口进入混频器,与此同时,混频器的本地振荡器(LO)端口也会接收来自本地振荡器的信号,并用扫描发生器进行调谐。最终,输入信号与LO信号的混合产物将从混频器的第三个端口输出。换句话说,混频器输出的是信号频率与本地振荡器频率的和或差。

当混频后的输出信号等于信号路径下游的中频(IF)滤波器的频率时,混频信号将会经过中频滤波器继续前进。 信号分析仪此时会确定信号的频率,让系统的其他部分只需负责处理幅度。在信号到达下一个滤波器之前,混频器会将这个信号发送到 模拟/数字转换器(ADC),将其从模拟信号转换为数字信号。由于混频器有可能引入杂散、噪声或谐波,因此需要查看信号分析仪的特征以区分哪些信号特征是被测器件自身的,哪些是受混频器影响添加或加剧的。

根据所需测量结果类型设置RBW

经过混频后的信号,其频率已经确定,并转换成数字信号,即将通过中频滤波器。

在中频滤波器中能够控制的设置是分辨率带宽(RBW)——中频滤波器的 3 dB 带宽。RBW较宽时,可快速进行扫描,不过水平分辨率会较低,本地噪声会较高;当RBW带宽较窄时,扫描需要更长的时间,因为你一次只需查看较窄带宽,所以能够区分频率更接近的独立信号,降低本底噪声,提高频率读数精度。


控制中频滤波器的带宽,你能够决定观测的测量结果类型。当想要进行宽范围扫描或快速扫描获得粗略测量结果时可使用宽RBW,反之,当需要深入分析测量结果细节时,应使用窄RBW。

利用不同检波器全面了解信号幅度

信号通过中频滤波器后将通过数字检波器,它将告诉你信号在扫描时间内的幅度。与模拟频谱分析仪相比,数字信号分析仪的优势是能够选择在屏幕上显示的数据。

数字检波器是将ADC所获得的数据点分成多个区块,然后从每个区块选择一个数据点,在屏幕上重构信号。你可以选用不同算法,选择每个区块中使用的数据点。如正峰值检波器可选择每个区块中最大的数据点;负峰值检波器选择的是每个区块中最小的数据点。如果您想要了解极限情况,可以使用这些检波器。而样本检测通常会选择每个区块中间的数据点,还有其他检波器包括正态(也称为 Rosenfell)检波器和 RMS 检波器。

此时,信号结束了信号分析仪内部的旅程,

并显示在屏幕上,可以开始你的测量了!