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频谱分析仪的应用领域

发布日期:2018-01-02 15:20:40 【关闭】
摘要:频谱分析仪主要功能在于量测信号的大小或振幅,其应用范围相当广 泛,包括系统维护、信号量测、组件的频率增益与物料品管等,在此列举 几项作为参考,在有线电视系统的应用,较详细的量测技术将陆续讨论之。

   频谱分析仪主要功能在于量测信号的大小或振幅,其应用范围相当广泛,包括系统维护、信号量测、组件的频率增益与物料品管等,在此列举几项作为参考,在有线电视系统的应用,较详细的量测技术将陆续讨论之。

   1.放大器增益、频率响应与被动组件特性的量测 

   在有线电视或通信系统使用大量的放大器与分接器(Tap)、接头、同轴电缆等被动组件,组件质量的良窳严重影响信号的特性,因此事先的筛选有助于保证信号的质量。其量测方块电路如图 1.8 所示,工作原理是利用频谱分析仪的追踪产生器,评估待测件(DUT)的频率反应特性,量测
的结果可由绘图仪(Plotter)获得书面的数据。量测频率的范围事先一次设定,一次获得其对应的关系曲线,大大减少以前利用示波器及函数产生器依不同频率逐点量测的操作程序。利用频谱分析仪本身追踪产生器(Tracking Generator)的功能,其产生扫瞄信号经 DUT 传送到频谱分析仪的 RF 接收端,由 DUT 的频率响应和短接线的量测响应,相互比较之,亦可得到该 DUT 的介入损失(Insertion Loss),同理,推而广之,将不难得到其它相关组件的频率响应量测(注:任何量测均须先正常化量测系统,以消除量测误差。)。

  

gooxian-频谱分析仪应用

图 1.8:利用频谱分析仪本身追踪产生器的量测装置 

   2.失真度量测

   由富立叶级数得知,除了不失真的谐振波(正弦波)外,任何波形除了 基 本 波 外 , 尚 有 高 谐 波 的 分 量 , 例 如 周 期 性 的 锯 齿 波 (PeriodicSawtooth Wave),依富富立叶级数展开法,其对应的数学式显示有无限多个谐波,而谐波成份在频谱分析仪则一览无遗。

  示波器无法测知信号的失真度,仅能显示信号波形与时间的关系,但频谱分析仪由对应的谐波频谱,可准确地评估信号的谐波信号与振幅,进而评估失真度的大小,失真度之定义为: 

 

gooxian-失真度

  其中,D2,D3 ,D4代表频谱分析仪第二、第三、第四等谐波的量测值,由频谱分析仪读出其对应的 dBm 值,再将 dBm 值依反对数法,求得其绝对值,再由上式可立刻求出失真度,失真度的数值明显地表示信号的良窳,失真度愈大,信号波形愈差,例如某信号除了基本波外,其第二谐波读值 -25 dB, 第三谐波读值-28dB,第四谐波读值-26dB,第五谐波读值-36dB,则反对数值各为 = 2 D 0.0562, 3 D = 0.0397,4 D = 0.05, 5 D = 0.0158,失真度可求得为: 

 

gooxian-失真度值

   3.通讯监测

   无线通讯因频谱使用的规定,必须使用高频,经由天线收发信号,使用频谱分析仪配合天线相当容易侦测目前通讯信号的强度与载波的频率,通讯监测之接线如图 1.9 所示,在屏幕上信号源的频率、数量及振幅一览无遗,如使用方向性天线,二组量测设备将能粗估信号源的地区,这也是相关单位取缔非法传送电波(例如非法广播电台等)的主要侦测技术。频谱分析仪通讯监测的特性分析由图 1.9 特例说明之。

    特性分析:为了监视某地区 0→1250 MHz 之通讯概况(参考图 1.9),由量测的频谱分析仪得知在 125 MHz、 380 MHz、 750 MHz、 1200 MHz等频率有人正使用中,根据频谱分析仪显示的信号高度,可判断其对应的输出功率值,另外 

 

gooxian-通讯监测系统

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  依据需要可将频谱分析仪之扫描频宽适当地调整(如缩小),做较精细的选择,以评估该地区干扰信号的状况,此法可做某地区设计通讯电台或各行动通讯系统基地台的参考。由方向性天线的调整量测得最高的信号振幅即可依天线的方向性判定信号源的方向,邻近如再有乙组监测装置,两组天线方向的交叉点即为信号源的位置,发射源的位置即可立刻侦知,当然较多组的量测更能准确得到发射源的地点。   

   4.有线电视影像信息的量测 

   有线电视(CATV)顾名思义是以线缆(如同轴电缆或光缆)传送视讯到订户家中的工程,由于科技的发展,为了减少挖马路埋线缆施工的困难及降低成本,已有提议开放微波传送或透过卫星的功能,以 Spot 的方式传送到订户家中,目前美国华纳影片公司已发射具有 150 个频道视讯的卫星以服务北加州附近的民众,显然缆线、微波与卫星传送视讯的方式已并存服务社会大众,让收视户有更多元化的选择。

  CATV 系统的主要功能为传送影像节目与数据数据,并保持系统的正常运作,顺序传输 80 ~ 100 个或更多频道视讯以及用户终端数据检索控制信号的适时反应等双向交互式服务的功能。 

  在 CATV 系统中包括种类繁多的视频信号,例如电压与电流振幅,增益、频率、功率等,其中增益、功率大多以对数值表示之。而 RF 信号的振幅、频率可由一般仪器(如示波器)量测之,信号相位(Phase)则由向量示波器(Vector Scope)量测,所谓向量示波器是具有极稳定之环形时基示波器,它可用以核对两信号间的时间延迟。另外频谱分析仪亦为 CATV 信号量测不可缺少的电子设备。

  为确保信号传输的质量,CATV 系统所需量测的项目很多,根据「有线电视系统工程技术管理规则」第四章「工程技术」之规定,列出 CATV系统相关的信号规定与量测类别,方法,简图,所须设备等多项重要的说明。为了适应未来的发展趋势,采用双向交互式分割的 550MHz 或 750MHz
系统,其中 50-550(或 750)MHz 用于下行频带的前向传送,信号内容包括传播的视讯、录像带、卡带等专业节目、教育节目、或其它股市、商务信息(下行频带由头端控制中心到用户的传送方向),5-42MHz 用于反向传送(上行频带,由用户传送到头端控制中心),其内容包括自制节目,沿着干线及分配网络适当的地点,经上行频道送回头端,再由头端传送到适当的下行频道,另外尚包括载波信息及鉴别信号源的数字信号及读表数据、用户收视频道之指示等,42MHz 至 54MHz 作为两者间的保护频带。

   用户上行传输的数据信息,信息处理的内容包括终端到控制系统中心之通信,控制系统至终端之通信、控制系统对信息的处理能力、控制系统信息输出入的能力及系统储存的能力,这方面的通信技术大致已相当成熟,如再利用全图场电传文件即可提供用户丰富的数据,配合分层及选址,则可从大量实时检索的数据库中做选择性的订购,但为了能配合家用计算机的普及率,有线电视系统经营者初期以提供单向性的视讯服务较佳,双向性服务的开拓约在用户的家用计算机逐渐普及后实施。 

 

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