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專業知識:頻譜分析基礎名詞

  • 2022-02-14
  • 245

絕 對幅度精度:以絕 對單位(伏或功率)表示的幅度測量的不確定度。它包含相對不確定度(參見“相對幅度精度”)加上校準器不確定度。為了得到改進的精度,某些頻譜分析儀的頻率響應相對校準器、 峰峰值之間的中間點指定。 

 

ACPR:鄰道功率比,測量有多少信號能量從一個通信信道擴散(或泄漏)到相鄰信道。它對于數字通信元器件和系統是一個重要的度量,因為過多的信號能量泄漏將造成對相鄰信道的干擾。有時也稱它為 ACLR,即鄰道泄漏比。

 

幅度精度:幅度測量的不確定度,可以用絕 對幅度或相對幅度表示。

 

幅度參考信號:分析儀用來進行自身校準的具有精確頻率和幅度的信號。

 

模擬顯示:直接將模擬信號信息(來自包 絡檢波器)寫入儀器顯示屏的方法,通常由陰極射線管(CRT)實現。模擬顯示器曾經是頻譜分析儀的標準顯示方式。不過,現代頻譜分析儀已經不再使用這個方 法,取而代之的是數字顯示器。

 

平均檢波:對一定頻率間隔內的功率進行求和的檢波方式,通常用于測量復雜的數字調制信號以及其他具有類噪聲特征的信號。

 

平均噪聲電平:參見顯示平均噪聲電平。

 

帶寬選擇性:分析儀分辨不等幅信號的能力。帶寬選擇性也稱為波形因子,定義為給 定分辨率(中頻)濾波器的 60 dB 帶寬與 3 dB 帶寬之比。某些分析儀使用 6dB 帶寬代替 3dB 帶寬。無論哪種情況,帶寬選擇性都表示濾波器邊緣的陡峭程度。

 

隔直電容:一個阻止低頻信號(包括直流) 對電路造成破壞的濾波器,隔直電容限制了分析儀能夠精確測量的最低頻率。

 

CDMA:碼分多址接入。它是一種數字通信方式,多路通信數據流正交編碼,從而可以共用一個頻率信道。

 

星座圖:分析數字調制信號時的一種常用的顯示方式,被檢測到的符號點繪制在 IQ 坐 標圖上。

 

△ 游標:一種標記方式。先確定一個固定的 游標,再建立第二個游標,這個游標是可以 被放在顯示跡線上任何位置的活動游標。 顯示的讀數表示固定游標與活動游標之間 的相對頻率間隔和幅度差。

 

數字顯示:通過數字化處理的跡線信息被 存入存儲器中并顯示在儀器屏幕上的一種 技術。被顯示的跡線是一串點,它們展示一 條連續的跡線。不同型號儀器的默認顯示 點數不同,而大多數現代頻譜分析儀允許 用戶通過控制顯示點的數量來選擇指定的 分辨率。顯示屏以無閃爍速率被刷新(即 將數據重新寫入存儲器)。存儲器中的數據 則以掃描速率被更新。幾乎所有現代頻譜分析儀都配有數字平板 LCD 顯示器,優于早期分析儀所使用的基于CRT 的模擬顯示器。

 

顯示檢波器工作模式:信號信息在被顯示之前進行的處理方式。參見正峰值模式、負峰值模式、常規模式和采樣模式。

 

數字中頻:現代頻譜分析儀所采用的一 種結構,信號從射頻下變頻至中頻(IF)后 立即進行數字化,此后所有的信號處理都通過數字信號處理(DSP)技術完成。

 

顯示動態范圍:在顯示器上可以同時觀 察到的較大信號和較小信號時的最大動 態范圍。對于最大對數顯示為10 dB/格的分析儀,實際動態范圍(參見動態范 圍)可能大于顯示動態范圍。

 

顯示標度保真度:在頻譜分析儀上進行幅度相對差測量的不確定度。在采用模擬中頻技術的分析儀中,對數或線性中頻放大器不可能具有理想的對數或線性響應, 因此會產生不確定度。采用數字中頻技術的現代分析儀極大改善了顯示標度保真度。

 

顯示范圍:針對特定的顯示模式和比例 系數已經校準了的顯示范圍。參見線性顯示、對數顯示和比例系數。

 

顯示平均噪聲電平:為了降低峰峰值噪聲波動,將視頻帶寬設置到足夠窄使顯示的噪聲看上去幾乎是一條直線時,分析儀顯示屏上看到的噪聲電平。通常,將由分析儀內部產生的噪聲作為靈敏度的度量,并且通常在最小分辨帶寬和最小輸入衰減 的條件下用單位 dBm 來表示。

 

漂移:由于本振頻率隨掃描電壓的變化引起的顯示器上信號位置的緩慢(相對于掃描時間)變化。最初造成漂移的原因是頻譜分析儀的溫度穩定性和頻率參考的老 化率。

 

動態范圍:在頻譜分析儀的輸入端同時出現的以給定精度加以測量的最大信號與最小信號之比,以dB 表示。動態范圍通常與失真或互調分量的測量有關。

 

包絡檢波器:一種輸出能夠隨著它的輸入信號包絡(但不是瞬時)變化的電路元件。在超外差式頻譜分析儀中,包絡檢波器的輸入來自最后中頻,輸出是視頻信號。當將分析儀置于零掃寬時,包絡檢波器對輸入信號進行解調,在顯示器上可以觀察到調制信號隨時間變化的情況。

 

誤差矢量幅度(EVM):數字通信系統中對調制信號質量的一種度量。EVM 是在給定 時間點上被測信號與理想參考信號之間矢 量誤差的幅度。

 

外部混頻器:一個通常是與波導輸入端口相連接的獨立混頻器,用于擴展那些使用外部混頻器的頻譜分析儀的頻率范圍。分析 儀提供本振信號。如果需要,混頻器還可以將其產生的偏壓混頻分量反饋到分析儀的 中頻輸入端。

 

FFT(快速傅立葉變換):對時域信號進行數學運算,從而產生構成信號的各個獨立的頻譜分量。參見頻譜。

 

快速掃描:一種針對掃頻分析儀實施復值 分辨率帶寬過濾的數字信號處理方法,可使 掃描速率高于傳統的模擬或數字分辨率帶 寬濾波器。

 

平坦度:參見頻率響應。

 

頻率精度:信號或頻譜分量的頻率不確定度,以絕 對值或相對某個信號或頻譜分量的相對值表示。絕 對頻率精度和相對頻率 精度的指標是分別進行規定的。

 

頻率范圍:頻譜分析儀可調諧的最低頻率到最 高頻率的范圍。雖然通常認為最 高頻率是由分析儀的同軸輸入信號來決 定的,但許多微波分析儀的頻率范圍可 通過使用外部波導混頻器來擴展。

 

頻率分辨率:頻譜分析儀辨別彼此接近 的頻譜分量并將它們分別顯示出來的能力。對于等幅信號,分辨率取決于分辨率 帶寬;對于不等幅信號,分辨率則由分辨 率帶寬和帶寬選擇性共同決定。

 

頻率響應:一個信號的顯示幅度隨頻率 變化的關系(平坦度)。通常用 ± dB 表示兩個極值之間的值。也可以相對于校準 器信號加以規定。

 

頻率掃寬:顯示器水平軸表示的頻率范 圍。通常,頻率跨度由顯示器整個屏幕所 對應的總頻率跨度給出。一些早期的分析 儀會標出每格的頻率跨度(掃描寬度)。

 

頻率穩定度:一個包括本振短期和長期 不穩定性的通用詞語。調諧本振的掃描 斜波還確定了信號將在顯示器上出現的 位置。任何本振頻率相對于掃描斜波的 長期變化(漂移)都將引起信號在顯示器 上的水平位置的緩慢移動。短期本振不 穩定度在原本穩定的信號上可能表現為 隨機調頻或相位噪聲。

 

全掃寬:對于大多數現代頻譜分析儀,全 掃寬是指覆蓋分析儀整個調諧范圍的頻 率跨度。這類分析儀包括單頻段射頻分析 儀和微波分析儀,例如利用固態開關在低 頻段和預選頻段之間切換的 ESA、PSA 和 X 系列。 注:在某些早期頻譜分析儀中,全掃寬指 的是一個子頻段。例如,利用機械開關在 低頻段和預選頻段之間切換的 Keysight 8566B 微波頻譜分析儀,全掃寬既可指非 預選的低頻段,也可指經預選的高頻段。

 

增益壓縮:當顯示的信號幅度由于混頻器 飽和,比正常電平低于規定的 dB 數時, 頻譜分析儀混頻器輸入端的信號電平。 這個信號電平通常針對 1 dB 的壓縮而規 定,且根據頻譜分析儀型號的不同,一般 處于 +3 dBm 到 -10 dBm 之間。

 

GSM:全球移動通信系統,移動通信中廣 泛應用的一個數字標準。它基于 TDMA 技 術,是一個多路不同的數據流在時間上交 叉,從而 可以共享同一 個 頻率信道的系統。

 

諧波失真:由于器件(例如混頻器、放大 器)的非線性特性,信號通過它而被附加 上了多余頻率分量。這些多余的分量與原 始信號諧波相關。

 

諧波混頻:利用混頻器產生的本振諧波將 頻譜分析儀的調諧范圍擴大到超過只用 本振基波所能達到的范圍。

 

中頻增益/中頻衰減:可以調節信號在顯示 器上的垂直位置而并不影響混頻器的輸入 信號電平。當它改變時,基準電平相應發生 變化。

 

中頻饋通:中頻上的輸入信號通過了輸入混 頻器而使顯示器上的基線跡線抬升。通常, 這只是非預選的頻譜分析儀的一個潛在問 題。由于信號總是處在中頻上,即無需與本振混頻,而使整個跡線上升。

 

諧波失真頻率:存在于頻譜分析儀輸入端的兩個或多個真實信號在同一個本振頻率上產生的中頻響應,由于這些混頻分量出現在同一個本振和中頻頻率處,所以無法區分。

 

鏡像響應:距離頻譜分析儀所指示頻率的 兩倍中頻處顯示的信號。對于本振的每個 諧波,都有一對鏡像;一個比本振低一個中頻,另一個比本振高一個中頻。鏡像通常只 出現在非預選的頻譜分析儀上。

 

寄生調頻:在器件(信號源、放大器)的輸出端由(附帶的)某些別的頻率調制,例如 幅度調制調制形式引起的多余頻率調制。

 

輸入衰減器:位于頻譜分析儀輸入連接器與第一混頻器之間的步進衰減器,也叫做射頻衰減器。輸入衰減器用來調節輸入到第 一混頻器上的信號電平。衰減器用來防止由 高電平或寬帶信號引起的增益壓縮,以及通 過控制內部產生的失真程度來設定動態范 圍。在某些分析儀中,當改變輸入衰減器設 置時,顯示信號的垂直位置會發生變化,基準電平也相應地改變。

 

輸入阻抗:分析儀對信號源呈現的端接 阻抗。射頻和微波分析儀的額定阻抗通 常是 50 Ω對于某些系統(如有線電視), 標準阻抗是 75 Ω。額定輸入阻抗與實際 輸入阻抗之間的失配程度由電壓駐波比 (VSWR)給出。

 

互調失真:通過具有非線性特性的器件 (如混頻器、放大器)的兩個或多個頻譜 分量交互作用形成的多余頻譜分量。多余 分量與基波有關,它是由基波和各個諧波 的和與差組成,例如 f1 ± f2 、2f1 ± f2 、2f2 ± f1 、3f1 ± 2f2 等等。

 

線性顯示:顯示器上的縱軸與輸入信號 電壓成正比的顯示模式。網格的底端代 表 0 V,頂端代表基準電平,其他值取決 于特定的頻譜分析儀。對于大多數現代 分析儀,當基準電平確定,比例系數就 是基準電平值除以網格刻度數。盡管顯 示為線性,但現代分析儀仍然允許使用 dBm、dBmV、dBuV 還有某些情況下的 W 和 V 來指示基準電平和游標值。

 

本振輻射或泄漏:從頻譜分析儀輸入端 漏出的本振信號。對非預選的頻譜分析 儀輻射電平可能大于 0 dBm,而對預選 的分析儀通常小于 -70 dBm。 本振饋通:當頻譜分析儀調諧到 0 Hz,即 當本振調諧到中頻時,顯示器上的響應。本振饋通可用作 0 Hz 游標,沒有頻率誤差。

 

對數顯示:顯示器上的縱軸按對數方式 隨輸入信號電壓改變而變化的顯示模式。通過選擇網格頂端值、基準電平和比例系 數(dB/格)來設置顯示器的校準。

 

游標:可以放在顯示信號跡線上任意位置 的可見指示標識,讀數表示跡線在標記點 上的絕 對頻率和絕 對幅度值。以當前選用 的單位給出幅度值。參見 △ 游標和噪聲游標。

 

測量范圍:可測量的最大信號電平(通常 為最大安全輸入電平)與可顯示平均噪聲 電平(DANL)之比,以 dB 表示。這個比 值幾乎總是遠大于單次測量中可能實現 的值。參見動態范圍。

 

混頻模式:對在頻譜分析儀上建立給定 響應的特殊環境的描述。混頻模式(如 1+ ) 表示混頻過程中所用的本振的諧波,以 及輸入信號是高于(+)還是低于(-)這 個諧波。

 

多重響應:在頻譜分析儀上顯示出的單一輸 入信號的兩個或多個響應。多重響應只出現 在混頻模式重疊以及本振掃過足夠寬的范 圍而使輸入信號不止在一個混頻模式上相 混頻時,通常不會發生在配有預選器的分析儀中。

 

負峰值:一種顯示檢波方式。其中,每個被 顯示的點表示該點所代表的某一部分頻率 跨度或或時間間隔的視頻信號的最小值。

 

噪聲系數:器件(混頻器、放大器)輸入端 的信噪比與器件輸出端信噪比的比值,通常以 dB表示。

 

噪聲游標:一種游標,其值表示 1 Hz 噪聲 功率帶寬內的噪聲電平。當選擇噪聲游標 時,采樣檢波模式被啟動,游標周圍的若干 連續跡線點的值(點數取決于分析儀)會取 平均,此平均值再歸一化至 1 Hz 噪聲功率 帶寬。歸一化過程需要考慮檢波模式和帶 寬,在選擇對數顯示方式時,還要考慮對數 放大器的影響。

 

噪聲功率帶寬:一個虛擬濾波器可能有與分 析儀的實際濾波器相同的噪聲功率,從而 使不同分析儀之間的噪聲測量結果對比成 為可能。

 

噪聲邊帶:頻譜分析儀本振(主要是第一 本振)系統短期不穩定度的調制邊帶。 調制信號是本振電路本身或本振穩定電 路中的噪聲,邊帶由噪聲譜組成。混頻過 程會將任何本振不穩定性轉換為混頻分 量,所以噪聲邊帶顯示在分析儀頻譜分 量中,位于寬帶本底噪聲上方足夠遠處。 由于邊帶是噪聲,故它們相對于頻譜分 量的電平隨分辨率帶寬而改變。噪聲邊 帶通常以相對載波給定偏離處的 dBc/Hz 數值(相對于載波 1 Hz 帶寬內的幅度) 表示,載波是在顯示器上觀察到的頻譜 分量。

 

相位噪聲:相位噪聲是振蕩器信號周圍噪聲頻譜的頻域視圖。它描述的是振蕩器的頻率穩定性。頻率穩定性可以分為兩個部分:長期穩定性和短期穩定性。長期穩定性(如精度、漂移和老化)以小時、天、月或年為單位表示。短期穩定性〈如相位噪聲)則在幾秒甚至更短時間內發生。短期變化對系統影響更大,特別是對于相位噪聲。參見噪聲邊帶。

 

正峰值:一種顯示檢波方式。其中,每個 被顯示的點表示該點所代表的某一部分 頻率跨度或或時間間隔的視頻信號的最 大值。

 

前置放大器:一個外部低噪聲系數放大 器。改善了系統(前置放大器/頻譜分析儀) 靈敏度,使之超過分析儀自身的靈敏度。

 

預選器:一個可調諧的帶通濾波器。位于 頻譜分析儀的輸入混頻器之前并使用合 適的混頻模式。預選器一般只應用在2 GHz以上。使用預選器能基本消除多重響 應和鏡像響應,在某些情況下還能擴大 動態范圍。

 

準峰值檢波(QPD):一種輸出隨信號幅 度和脈沖重復速率而變化的檢波方式。 脈沖重復速率越高,QPD 檢測的加權也 越大。極限情況下,在測量連續波(CW) 信號時 QPD 顯示出與峰值檢波器相同的 幅度。

 

光柵顯示器:類似電視顯示,圖像通過電 子束對顯示屏幕的橫軸進行快速與緩慢 相結合的掃描并適當選通,掃描速度快到 足以形成無閃爍顯示。也見矢量顯示和掃 描時間。

 

實時頻譜分析儀:一種信號分析方法,所有的信號樣本經過處理后得到某些測量 結果或進行觸發操作。實時采集之間不會 留下間隙,而非實時操作則會留下間隙。

 

基準電平:顯示器上經過校準的垂直位置可作為幅度測量的基準使用。基準電平的位置通常是在網格頂端。

 

相對幅度精度:幅度測量的不確定度,其中一個信號的幅度與另一個信號的幅度作比較,而不考慮這兩個信號的絕 對幅度。失真測量是相對測量。影響不確定度 的因素包括頻率響應、顯示保真度和輸入 衰減量的變化、中頻增益、比例系數和分辨率帶寬。

 

剩余調頻:沒有任何別的調制時,振蕩器 的固有短期頻率不穩定度。對于頻譜分析儀,通常將定義擴大到包括本振掃描的 情況。殘余調頻通常由峰峰值表示,因為 如果它們是可見的,便很容易在顯示器 上測出。

 

分辨率:參見頻率分辨率。

 

信號識別:一種手動或自動程序,指出頻譜分析儀顯示器上的特定響應是否由顯示已被校準的混頻模式產生。若為自動 程序,則程序可以改變分析儀的調諧以顯示信號處于正確的混頻模式上;或者告訴我們信號的頻率并且讓我們選擇是忽視信號還是針對信號對分析儀自身 作適當調諧。預選的分析儀通常不需要這些。

 

掃寬精度:顯示器上任何兩個信號所指 示的頻率間隔的不確定度。

 

頻譜純度:參見噪聲邊帶。

 

頻譜分量:組成頻譜的正弦波之一。

 

頻譜:一組頻率和幅度不同、且有適當相 位關系的正弦波。作為一個整體,它們構成特定的時域信號。

 

頻譜分析儀:一種能進行有效傅立葉變 換并顯示構成時域信號的各個頻譜分量 (正弦波)的設備。相位信息是否保留取 決于分析儀的類型和設計。

 

雜散響應:輸入信號在頻譜分析儀顯示 器上引起的非正常響應。分析儀內部產生的失真分量是雜散響應,例如鏡像響應 和多重響應。

 

掃描時間:本振調諧掃過已選掃寬所需 要的時間。掃描時間不包括本次掃描完成與下一次掃描開始之間的靜寂時間。在零 掃寬下,頻譜分析儀的本振是固定的。所 以,顯示器的水平軸只對時間校準。在非零掃寬下,水平軸對頻率和時間兩者校準,掃描時間通常隨頻率跨度、分辨率帶寬和視頻帶寬而變化。

 

時間選通:一種根據被測信號特征來控制頻譜分析儀頻率掃描過程的方法。通常用于分析脈沖或猝發調制信號、時間復用信號以及間歇信號。

 

TDMA:時分多址,是一種數字通信方法。 其中,多路通信數據流在時間上交叉,從而使它們可以共用一個頻率信道。

 

單位:被測參數的規格。單位通常是指幅度的量,因為它們是可以改變的。在現代頻譜分析儀中,可用的單位有 dBm(相對 于分析儀額定輸入阻抗耗散 1 mW 功率 的 dB 數)、dBmV(相對于 1 mV 的 dB 數)、dBμV(相對于 1 μV 的 dB 數)、V, 在某些分析儀中還有W。

 

矢量圖:分析數字調制信號時普遍采用的一 種顯示方式。它與星座圖類似,不同的是, 在 IQ 坐標圖中除了顯示被測符號點外,還 描繪出了狀態轉換過程中的瞬時功率 電平。

 

矢量顯示器:早期頻譜分析儀設計的一種 顯示類型。其中,電子束的指向使得圖像 (跡線、網格、注釋)直接寫在 CRT 的屏 幕上,而不是像現在普遍使用的光柵顯示器 那樣由一串光點組成。

 

視頻:頻譜分析儀中描述包絡檢波器輸出的 一個術語。頻率范圍從 0 Hz 延伸到通常遠 遠超出分析儀所提供的最寬分辨率帶寬的 頻率。不過,視頻鏈路的最終帶寬由視頻濾 波器的設置決定。

 

視頻放大器:在檢波器之后用來驅動 CRT 垂直偏移板的直流耦合放大器。參見視頻帶寬和視頻濾波器。

 

視頻平均:指頻譜分析儀跡線信息的數字 平均。平均是單獨在顯示的各點處進行并 在用戶所選擇的掃描次數完成后結束。平均算法將加權系數(1/n,這里 n 是當前掃 描次數)應用于當前掃描給定點的幅值,將 另一個加權系數 [(n-1)/n] 應用于前面貯存 的平均值,再將兩者合并得出當前的平均 值。在指定的掃描次數完成之后,加權系數 保持不變,顯示成為動態平均。

 

視頻帶寬:視頻電路中,可調低通濾波器的截止頻率(3 dB 點)。當視頻帶寬等于 或小于分辨率帶寬時,視頻電路就不能 充分對包絡檢波器輸出端的快速起伏作 出響應,結果是跡線被加以平滑,即降低 了寬帶信號(如在寬帶模式下觀察的噪 聲和射頻脈沖)的峰峰值偏移。這種平均 或平滑的程度隨著視頻帶寬和分辨率帶 寬的比值變化。

 

視頻濾波器:位于檢波之后、決定視頻放 大器帶寬的低通濾波器,用于對飛機進 行平滑或平均,參見視頻帶寬。

 

零掃寬:指將頻譜分析儀的本振保持在給定頻率上,因而分析儀變成一個固定 調諧接收機的情況。接收機的帶寬就是分辨率(中頻)帶寬,它用于顯示信號幅 度隨時間的變化。為避免信號信息有任 何損失,分辨率帶寬必須同信號帶寬一 樣寬。為避免任何平滑,視頻帶寬必須設 置得比分辨率帶寬更寬。

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