思迈奥

当前位置:主页 > 新闻 > 警用百科 > >

频谱分析仪的发展应用和实战操作

咨询热线:0510-83706910


频谱分析仪简称频谱仪,是用来显示频域信号幅度的仪器,在射频领域有“射频万用表”的美称。在射频领域,传统的万用表已经不能有效测量信号的幅度,示波器测量频率很高的信号也比较困难,而这正是频谱分析仪的强项。

频谱仪与示波器属于两种类型的仪器,示波器主要显示时域信号幅度的变化,而频谱仪显示的是频域信号幅度的变化。对于研究射频的工程师和爱好者,频谱仪是工作的好帮手,它可以形象地展示一定频率范围内信号的幅度,可以据此发现信号的存在和不同类型信号的特征。随着科技的发展,频谱仪也从传统的模拟线路进化到数字化频谱仪,被赋予更多的功能,以适应不断出现的复杂信号。

应用与意义
频谱分析仪在射频领域应用非常广泛。频谱仪最基本的作用就是发现和测量信号的幅度。频谱仪可以以图示化的方式显示设定频率范围内的射频信号,信号越强,频谱仪显示的幅度也越大。通过这种特性,频谱仪被用来搜索和发现一定频段内的射频信号,广泛应用在监测电磁环境、无线电频谱监测、电子产品电磁兼容测量、无线电发射机发射特性、信号源输出信号品质、反无线窃听器等领域。频谱仪可以测量射频信号的多种特征参数,包括频率、选频功率、带宽、邻道功率、调制波形、场强等。在射频信号的频率测量方面,虽然频率计是专业的设备,但遇到时分多址的信号(GSM移动电话、IDEN、TETRA的信号)、跳频的信号、宽带的信号,普通频率计无法准确计数,功率计无法及时测量,而频谱仪由于基于高速的信号捕捉,则可以有机会测量这些信号。针对这些常见的不稳定信号,很多中高档频谱仪还在测量软件上做了优化,提供专用的自动测量工具。
由于频谱仪具有图示化射频信号的能力,频谱图可以帮助我们了解信号的特性和类型,有助于最终了解信号的调制方式和发射机的类型。在军事领域,频谱仪在电子对抗和频谱监测中被广泛应用,不同类型的雷达信号、通信电台信号、应答机信号、“敌我”识别器信号都有各自不同特征的频谱图。在民用无线电管理领域,通过频谱图,我们可以及时发现非法使用的频率,这比传统扫描监听的效率要高得多。在不明干扰源的定位中,频谱图有助于判断干扰信号的类型,并推断出产生干扰信号的可能设备,以缩小排查范围。频谱仪还是一部很好的场强仪,具有比较大的动态,一些具有自动测量功能的频谱仪可以方便地读出目标信号的场强数值,同时可以显示目标频率周边的情况。实际应用中,有很多手持频谱仪就替代了场强仪。
有的频谱仪内置跟踪信号源,或者支持外接跟踪信号源,频谱仪与跟踪信号源配合使用,可以显示双端口网络的频幅特性,扩展了频谱仪的用途。该功能类似扫频仪和标量网络分析仪的主要功能,比普通老式扫频仪的精度要高得多,可以应用于滤波器的调校。如果频谱仪与跟踪源配合驻波电桥,还能直接图示化显示天线的匹配情况,具有天线分析仪的部分功能。

OSCOR Blue 频谱分析仪

                  OSCOR Green频谱分析仪
发展历程
频谱分析仪从发明以来,经历了模拟线路频谱仪、单片机程控频谱仪、电脑数字化频谱仪的发展历程。随着集成电路和微处理器电路的迅猛发展以及对信号测量要求的提高,频谱仪的工作频率不断提高,精度不断提升,体积和重量不断缩减。从早期巨大笨重的台式频谱仪,发展到广泛使用的便携式频谱仪,以及近年来现场应用越来越多的手持式频谱仪,频谱仪正向着数字化、高精度化、小型化发展。
老式的频谱仪为纯电路结构,早期的产品采用与示波器一样的示波管进行显示,通过快速扫描的接收机来形成频谱图。这类频谱仪基本没有自动测量功能,测量信号幅度靠人工对照示波管刻度进行数数,功能单一,只具有频谱仪基本的频率扫描和幅度显示功能,且精度很低。目前在主流应用中已基本淘汰。
单片机程控频谱仪是通过单片机微处理器来控制的频谱仪,虽然从外观上看,最早期的数字频谱仪依然采用示波管显示,但增加了字符发生器电路,在仪器屏幕上可以看到一些设置信息,并具有了一些自动测量功能。随后,高性能的微处理器和频率合成器电路相继被引入,使得频谱仪的工作精度、分辨率和程控化水平得到显著提高。显示屏由示波管发展为CRT管,显示的频谱图是通过微处理器计算后形成的,并增加了很多数控和自动测量功能,屏幕上显示的信息一下子多了很多,频谱仪的分辨率显著提高到1kHz的水平,部分高端产品达到了1Hz级别。
现代的数字化频谱仪除了射频信号处理单元,其余部分基本都数字化了。很多附加的专项测量功能,如TETRA信号测量、GSM信号测量,都能以软件开通形式添加,显示屏改为彩色液晶显示,并且进一步缩减了频谱仪的体积和重量,扫描速度进一步提高,背景噪声和相位噪声也得到了进一步控制,频谱仪的性能提高到一个新的水平,这更有利于对微小信号的测量。
此外,新结构体系的实时频谱仪也全新登场,更有利于对遂发的信号进行捕捉。
传统的频谱仪一贯比较笨重,比同年代的示波器重得多。很多大型台式频谱仪两个人都很难抬得动,即便是后期的HP8563E(CRT管型)之类,属于便携型的频谱仪,也有20kg重。随着液晶屏替代CRT显像管,以及仪器内部线路的进一步集成化,频谱仪的重量也有所减轻,如E4403B,重量在15kg左右。新一代的手持频谱仪成为现场检测中轻便灵巧的工具,新的N9340B装上电池的重量只有3.5kg左右,Rohde&Schwarz的 FSH3仅重2.5kg。
 

PRO-SL8手持式高级宽频射频检测器0-8000mHz

英国WAM-108信号探测及频谱分析仪
性能与指标
标志频谱分析仪性能和特性的主要指标有工作频率范围、分辨率带宽、频率扫宽、动态范围、扫描速度、端口阻抗、平均噪声电平、相位噪声、绝对幅度精度。
频谱分析仪的工作频率范围是指频谱仪最高工作频率和最低工作频率,标志着频谱仪可以显示频谱的最大范围。在射频应用中,用户往往更关心频谱仪的最高工作频率,这使其成为用户关心频谱仪性能的第一指标。
随着2.4GHz和5.8GHz频段应用的增多,通信信号使用频率不断提高,对频谱仪最高工作频率的要求也不断提升。早期的常规频谱仪工作频率最高在 1~2GHz,当时看上去已经很高了,而现在的频谱仪基本上都是从3GHz起步,工作频率高的可以达到50GHz,很多实验室都将40GHz的频谱仪作为标准配置。对于一些频率很低信号的应用也有对应专用的低频频谱分析仪,工作频率在10mHz~100kHz。
频谱分析仪的档次不仅仅取决于工作频率范围,信号显示的品质高低更关系到分辨率、带宽、频率扫宽、动态范围、扫描速度、平均噪声电平、相位噪声、绝对幅度精度等指标。分辨率、带宽与频谱仪对信号的解析能力有关,对于一些窄带信号,使用高分辨率更容易展现信号的特征。通常,高档的频谱仪分辨率基本可以做到 1Hz水平,中档产品在100Hz~1kHz水平。高动态的频谱仪有利于信号的显示,并可以减小信号的失真,特别适合大小信号并存的情况。
频谱仪的扫描速度与仪器硬件处理性能有关,扫描速度关系到信号显示的实时性。绝大部分的频谱仪都属于扫频型构架,高扫描速度带来高刷新率,这对于捕捉偶发的信号更为有利。高速扫描处理能力使得用户有机会设置、使用更大的扫描带宽和更精细的分辨率,同时频谱图刷新不至于太慢。对于需要检测微小信号的应用,就需要低噪声的频谱仪,这对仪器的放大器电路和频率合成器以及基准都提出了很高的要求。对于很多小信号的测量,并不是只需加个放大器那么简单。
作为附加和扩展功能,硬件上主要有跟踪发生器、前置放大器、中频输出、通信端口。跟踪发生器主要是用来配合频谱仪显示两端口网络的频幅特性,前置放大器主要用来显示微小信号,多用在EMC/EMI中。在软件上,主要是授权一些功能的开放和附加测量功能的软件。
此外,频谱分析仪还有一个“近亲”——“信号分析仪(signal analyzer)”。通常,信号分析仪与频谱仪同宗同源,但具有更高的参数指标,更适合测量特定的复杂信号。
在同等级技术水平下,台式频谱仪的性能无疑是最好的。目前高性能的频谱仪和信号分析仪体积和重量虽有改善,但都还是很大,其提供的一流性能主要适合对复杂和瞬时信号进行精密分析和对新型数字信号进行测量。便携式频谱仪一般可以视为通用频谱仪,提供主流的性能,适合常规传统应用。手持式频谱仪提供尚可的性能,适合现场的快速检测和高移动性要求。
在业余电台中的典型应用
测量发射机的发射频谱和带外辐射是频谱仪在业余电台中的典型应用之一。
理想的发射机发出的射频信号应该仅为工作频率的信号,但实际上,由于电子电路的一些特性,发射机在输出主射频信号的同时还会输出一些谐波,典型的情况就是会在工作频率的整数倍频上出现谐波发射。例如,一部工作在7.050MHz发射的电台,多多少少会在2倍频14.100MHz、3倍频21.150MHz 等倍数频率上发射。有兴趣的爱好者可以做一个简单的试验,用一部对讲机在145MHz上发射,同时在很近的距离用另一部对讲机在435MHz频率上接收(正好是2m波段对讲机工作频率的3倍),一定会听到145MHz对讲机发出的声音,这就说明存在倍频谐波发射。谐波的发射如果不加以控制,会无意中干扰其他的通信和电子设备工作,所以发射机在功率放大器的后级都设有低通滤波器,以尽量抑制高次谐波的输出。
国家对无线电设备的带外发射有严格的规定,杂波散射也是无线电管理局对发射机强检的必然项目。实际设备使用中,由于设备故障或者滤波器元器件老化等原因,都会引起发射机杂波增大。频谱仪是检测带外发射的利器,通过频谱仪的搜索功能可以检测到发射机的带外发射点以及每个发射点的输出幅度。对于自制发射机和功率放大器的业余电台爱好者,通过频谱仪,能有效调整末级滤波器,将带外辐射抑制到最小,同时将对主通信信号的影响降到最低。另外,在HAM自制电台时,频谱仪还能很方便地观察频率合成器输出信号的纯度。
有些具备跟踪信号发生器的频谱仪能够测量两端口网络的频幅特性,被很多业余电台爱好者视为调整带通滤波器和中继台双工器的理想工具(当然,使用矢量网络分析仪更好)。如果配合驻波电桥使用,频谱仪可以以图形曲线的方式显示出天线的频幅特性,这对制作天线十分有利。HAM可以借此迅速直观地了解DIY天线的匹配情况和带宽并加以修正,使用起来比单一驻波比表要方便多了。
无锡东昊安全装备科技有限公司自主研发了国内首个全频谱分析仪——DH-W15全频谱分析仪

主要特点
频率覆盖9kHz~8GHz
全频段全景扫描速率高达8GHz/s
可调实时数字中频带宽并呈中频全景显示
LAN接口,用于远程控制和数据输出
功耗低,重量轻,可便携应用
可用于无线电网络中的干扰检测、信号接收和分析以及探测

 


 

扫一扫,
思迈奥最新资讯先知晓

总部:深圳市思迈奥电子有限公司

地址:罗湖区人民南路国际商业大厦东座十楼( 国贸地铁站A出口正对面 )

电话:0755-82181220/82187220 82227110/82184220

传真:0755-82253442

邮箱:info@smile-police.com

联系其它分公司