频谱仪的基本原理介绍

    在测量一些CATV系统指标中，常常要用到频谱仪，为了使测量结果准确，在频谱仪的使用上常涉及到一个分辨带宽设置的问题。

    要弄清这个问题，得要知道一些频谱仪的基本原理。

    1、分辨带宽

    在频谱分析仪中，频率分辨率是一个非常重要的概念，它是由中频滤波器的带宽所确定的，这个带宽决定了仪器的分辨带宽。

    例如，滤波器的带宽是100KHZ。那么谱线频率就有100KHZ的不定性，也即在一个滤波器的带宽频率范围内，出现了两条谱线的话，则仪器不能检出这两条谱线；

    而只显示一条谱线，此时仪器所反映的谱线电平(功率)是这两条谱线的电平功率的叠加。

    因此会出现测量误差。所以，对于两条紧密相关的谱线，其分辨力取决于滤波器的带宽。

    我们以测量载波电平为例，对仪器的分辨带宽设置加以比较，30KHZ、300KHZ、3MHZ的频谱曲线(输入为单个载波信号)，在设置分辨带宽时；

    我们考虑的是仪器是否能充分响应输入信号时有足够的带宽，正确的方法是展宽滤波器的带宽，当在屏幕上观察到信号载波幅度不再增加时，就表示中频滤波器对输入信号的响应已有足够的带宽了。

    在图中我们看到，当分辨带宽在300KHZ到3MHZ变化时，显示的信号幅度没有变化，这就可以认为300KHZ带宽已经足够了。

    另外，分辨带宽在300KHZ和3MHZ之间设置时，对于单个载波情况下的信号幅度没有变化，但是在实际测量CATV系统图象载波电平时却不能将分辨带宽设为3MHZ；

    这是因为在实际中图象载波附近存在相邻频道的伴音载波(相距1.5MHZ)，3MHZ带宽则不能把相邻伴音载波的能量滤掉；

    这样相邻伴音载波的能量会加到正在测量的图象载波上，使测到的电平值比实际的高。

    2、视频滤波器

    在图1中的检波器之后的滤波器称为检波滤波器又叫视频滤波器，它是一个低通滤波器，它的作用可以减少检波器输出的噪声变化，揭示一些已被掩盖且接近本底噪声的信号，如果是测量噪声功率，它还有助于稳定测量。

    检波器输出端往往存在直流分量和交流分量，直流分量代表着中频带宽内存在的能量，所以通过视频滤波器可达到提取直流分量去除一些交流分量，这样能给出更稳定的无噪声输出。

    图3是不同视频带宽下，检波器输出的信号图，图3a采用宽带视频滤波器，图3b采用窄带视频滤波器；

    由图中可看出，采用宽带滤波器时噪声的波动较大，采用窄带滤波器时波动显著减少，两者的噪声平均值却一样，也就是说滤波器不会降低平均噪声电平，但能减少噪声的峰值电平。

    因而能暴露出用较宽视频滤波器不能看到的低电平信号。但在某些情况下，如分析一些特殊的噪声信号时，我们则需要较宽的视频滤波器带宽，以便观察和分析，所以我们可根据不同的情况来设置视频滤波器的带宽。

    视频滤波器的带宽和分辨带宽的关系是：

    检波前的噪声可以通过较窄的分辨带宽来降低，从而降低检波器的噪声输出电平;检波后的噪声则通过窄带视频滤波器来平滑减少噪声波动，但不能降低噪声的平均功率电平。