频谱仪的扫描速度问题.docx
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频谱仪的扫描速度问题
频谱仪的扫描速度问题
频谱分析仪架构犹如时域用途的示波器,外观如图1.2所示,面板上布建许多功能控制按键,作为系统功能之调整与控制,系统主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性.频谱分析仪依信号处理方式的不同,一般有两种类型;即时频谱分析仪(REAL-TIMESPECTRUMANALYZER)与扫瞄调谐频谱分析仪(SWEEP-TUNEDSPECTRUMANALYZER).即时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅,其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器(DETECTOR),再经由同步的多工扫瞄器将信号传送到CRT萤幕上,其优点是能显示周期性杂散波(PERIODICRANDOMWAVES)的瞬间反应,其缺点是价昂且性能受限於频宽范围,滤波器的数目与最大的多工交换时间(SWITCHINGTIME).最常用的频谱分析仪是扫瞄调谐频谱分析仪,其基本结构类似超外差式接收器,工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混波器,可调变的本地振荡器经与CRT同步的扫瞄产生器产生随时间作线性变化的振荡频率,经混波器与输入信号混波降频后的中频信号(IF)再放大,滤波与检波传送到CRT的垂直方向板,因此在CRT的纵轴显示信号振幅与频率的对应关系,信号流程架构如图1.3所示.影响信号反应的重要部份为滤波器频宽,滤波器之特性为高斯滤波器(GAUSSIAN-SHAPEDFILTER),影响的功能就是量测时常见到的解析频宽(RBW,RESOLUTIONBANDWIDTH).RBW代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的最低频宽差异,两个不同频率的信号频宽如低於频谱分析仪的RBW,此时该两信号将重叠,难以分辨,较低的RBW固然有助於不同频率信号的分辨与量测,低的RBW将滤除较高频率的信号成份,导致信号显示时产生失真,失真值与设定的RBW密切相关,较高的RBW固然有助於宽频带信号的侦测,将增加杂讯底层值(NOISEFLOOR),降低量测灵敏度,对於侦测低强度的信号易产生阻碍,因此适当的RBW宽度是正确使用频谱分析仪重要的概念. 频谱仪的扫描速度问题
用频谱仪对电信号进行测量时,为了减少测量误差,我们往往要根据所要测量的信号特点来设定仪器的分辨率带宽、视频带宽和扫描速度(或时间),这几项仪器参数设定是频谱仪使用中的三大基本设定。
分辨带宽和视频带宽问题在上面的文章以有阐述,这里我主要讲述一下扫描速度问题。
通常在测量时我们都希望仪器能以最快的速度显示相关测量的结果,那么我们是否可将扫描速度设得任意快呢?
回答是否定的,我们知道任何电子电路都有不同的工作带宽,不同的带宽电路对信号的响应时间是不同的,通常带宽较宽的电路的响应时间比带宽较窄的电路的响应时间快。
如果扫描速度过快,则电路来不及响应而产生显示误差。
在使用频谱仪进行信号测量时,我们常常设置不同的分辨带宽,因此仪器的扫描速度也应该进行相应的设置,这样才能减少仪器的显示误差。
对于使用频谱仪的用户来说,为了使测量处于最佳状态,理解扫描速度的限制虽然很有必要,但大多数频谱仪能自动选择扫描时间,只要用户选择自动档就能避免出现测量失误。
例如HP8591频谱仪,只要我们按下面板上的AUTOCOUPLE(自动关联)键,仪器就能将分辨带宽、视频带宽和扫描速度这三大测量参数进行自动关联设置,当要进行手动设置时,相关参数的左边会有一个“#”标志,表示该参数是手动设置的,如我们用手动设置分辨带宽为100KHZ,那么HP8591将显示:
#RESBW100KHZ。
(HP8591面板结构图)思维搞
1.2有线电视分析仪面板简介
有线电视分析仪面板可分为几大部分:
1、液晶显示屏:
面板的左上方是液晶显示屏,用来显示测量的频谱、图形及数值结果。
屏的右边是6个上下排列的菜单键,根据不同的测量内容,菜单键所起的作用也大不相同。
2、输入、输出口:
液晶显示屏下方的长方形孔是用来插卡的,测量软件存储在卡中,分析仪能够从卡中读入软件。
下边TVIN口是分析仪装入107软件后,测量视频指标时信号的输入口;CALOUT口是分析仪进行校准时,自检信号输出口,最右边INPUT口是被测射频信号输入口。
3、电源开关和一些功能旋纽:
分析仪左下方的LINE键是分析仪电源开关;VOLINTEN旋纽是屏幕所显示的电视信号音量、亮度调节旋纽。
4、重要功能键:
在液晶显示屏的右边从上至下依次排列着三个重要功能键,分别是FREQUENCY(频率)、SPAN(扫频)和AMPLITUDE(振幅)三个键,它们在测量过程中起着非常重要的作用。
5、窗口显示(WINDOWS)功能控制键:
在三个重要功能键的下方是有关窗口显示的功能键,有ON(打开)、NEXT(下一屏)及ZOOM(缩放)三个键,在三个键下面有一个微调旋纽和两个步进键。
6、仪器状态(INSTRUMENTSTATE)控制键:
在分析仪的右上方是控制仪器状态的功能键,主要包括PRESET(清零)、CONFIG(配置)、CAL(校正)、AUXCTRL(辅助控制)、COPY(拷贝)、MODE(模式)、SAVE(存储)、RECALL(调用)、MEAS/USER(测量/用户自定义)、SGLSWP(信号扫描)等功能键。
7、光标(MARKER)控制键:
在仪器状态控制键的左下方是光标控制键,主要包括MKR(光标)、MKR—>(光标移动)、MKRFCTN(光标功能)、PEAKSEARCH(峰值搜索)等功能键。
8、控制(CONTROL)部分:
在仪器状态控制键的右下方是有关测量控制部分的功能键,主要包括SWEEP(扫描)、BW(带宽)、TRIG(触发)、AUTOCOUPLE(自动耦合)、TRACE(跟踪)、DISPLAY(显示)等功能键。
9、数字(DATA)键:
在分析仪的右下方是有关数据输入的键,主要包括十个数字键、一个小数点、四个单位键以及一个BKSP(回退)键和一个ENTER(回车)键,其中BKSP也是负号键,ENTER也是单位键。
1.1.3有线电视分析仪的使用
1、有线电视测量前的调整和准备工作
在进行有线电视测量前,要对分析仪进行一些检查和准备工作,做好这些工作是准确测量的前提和基础。
具体步骤如下:
(1)安装有线电视测量专用软件HP85721A
HP8591C的基本功能是一个频谱分析仪的功能,只有安装上有线电视测量专用软件HP85721A后,才能作为有线电视分析仪使用。
在有线电视分析仪HP8591C中安装这个软件的大体步骤如下:
(a)打开分析仪电源。
(b)将装有软件HP85721A的卡按箭头方向插入液晶显示屏下方的槽中。
(c)清除分析仪存储器中的信息。
(d)调用卡中文件。
(2)有线电视分析仪HP8591C的校准
初次使用有线电视分析仪或使用了一段时间(三个月至半年)以后,需要对仪器进行校准,只有这样才能保证测量的准确性。
在校准之前,仪器要先预热半小时(每次测量前都需预热半小时)。
具体校准步骤如下:
(a)用一根电缆将仪器下方的CALOUT输出口和INPUT输入口相连。
(b)按下面板右上方的CAL键,在随后显示屏上出现的菜单中,按下第一行CALFREQ&TD所对应的软键,经过10分钟,即可完成对频率和幅度的校准。
(c)在上面步骤出现的菜单中,按下第五行CALSTORE所对应的软键,即可存储已校正的结果,标志着校正程序结束,随后即可以进行测量。
(3)连接进行非干扰性测量的电缆。
将仪器背面左上方的两个接口TVTRIGOUT(电视触发输出)与GATETRIGIN(选通触发输入)用一根短BNC电缆连接起来
2、用频谱分析仪功能测量指标
使用频谱分析仪测量系统指标,一般只需将频谱分析仪与系统直接相连,然后按照指标的测量方法操作(具体方法在以后的指标测量中介绍),在测量过程中,特别需要注意以下一些问题。
(1)信号输入大小的调节
频谱分析仪的输入如果过高,分析仪将使它产生非线性失真,测试出的结果则由于失真产生误差;如果信号电平过低,信号可能被分析仪的底噪声所掩盖,无法正确测量信号,这两种情况都会减小测量的动态范围。
因此,使用前要十分清楚地了解信号的输入范围,正确选择输入衰减。
射频信号输入时,还应注意电缆特性阻抗与仪器输入阻抗匹配,否则信号不匹配则会引起衰减,造成测量误差。
在有线电视系统中,电缆特性阻抗一般为75Ω,分析仪输入阻抗一般可以在50Ω和75Ω之间选择,所以在测量时要正确选择分析仪的输入阻抗,减小测量误差。
(2)分辨带宽的选择
在频谱分析仪中,频率分辨力是一个非常重要的概念,它是由中频滤波器的带宽决定的,这个带宽决定了仪器的分辨带宽BWRES,如果滤波器的带宽是100Hz,那么谱线频率就有100Hz的不定性。
若在一个滤波器的带宽频率范围内出现了两条谱线,则不可能检出这两条谱线是不同的频率分量,但是将测出它在频率范围内的能量而不考虑多少谱线产生这一能量,因此,对于两条紧密相关的谱线,其分辨力取决于滤波器的宽度。
在实际测量过程中,应该正确选择频率分辨带宽的大小,既不能把不需要的信号混合到测量信号中,也不能把需要的信号排除在外。
(3)信号检波器的选择
频谱分析仪中的信号检波器有峰值检波和取样检波等类型,峰值检波是最常用的类型。
中频滤波器的输出接到检波器上,检波器产生与中频级输出的交流信号电平成正比的直流电平。
我们可以根据信号测量指标的不同,选用不同的检波方式,如测量信号电平时采用峰值检波,测量噪声时采用取样检波。
(4)垂直刻度的选择
在频谱分析仪中,由于信号电平大幅度变化,一般采用对数刻度,而在检波器之前有一个对数放大器,对数放大器按照对数函数来压缩信号电平,即对于输入电平幅度V,输出电压幅度为lgV,这样大大地减小了由检测器所检测的信号电平变化,同时向用户提供了校准成单位为分贝的对数垂直刻度。
另外也可以根据信号的不同选择线性垂直刻度,它所表示的信号范围较小。
(5)视频滤波器带宽的选择
视频滤波器是一个低通滤波器,它可以减小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,如果噪声是待测量,则视频滤波器还有助于稳定测量。
采用宽带视频滤波器时,噪声的波动较大;采用窄带视频滤波器时,波动显著减小,两者噪声平均值一样,只是噪声的波动不同。
因此,我们可以根据测试信号的类型选择视频滤波器的带宽,例如当测试信号仅为噪声信号时,窄带视频滤波器可以平滑这些噪声信号的波动,如果选择宽带视频滤波器,则由于噪声的影响,测量将有所变化。
(6)扫描速度的选择
理论上,信号应无限慢扫描。
实践中,只要能允许某一小误差,信号便能以有限速度进行扫描,若这个误差比分析仪的其它误差小,则不会由扫描带来不良影响。
对于使用频谱分析仪的用户来说,为了使测量处于最佳状态,理解扫描速度的限制虽然很有必要,但大多数频谱分析仪能自动选择扫描时间,只要用户选择自动档,就能避免出现测量失误。
3、专用有线电视测量功能的使用
在装入有线电视测量专用软件HP85721A后,可以对有线电视系统的各项指标进行自动测量,多数指标仅需按一键,即可读出测量结果,它的使用主要分成以下几大步骤。
(1)测量系统的初始化设置
在对有线电视系统进行正式测量前,需要对一些测量方式、测量项目进行初始化设置,主要设置的项目有输入频道的方式、电视的制式、电平的单位、输入阻抗、差拍位置、噪声带宽等。
具体设置方法见下:
(a)进入初始化设置状态:
(b)确定调谐配置:
这个过程主要是选择输入频道的方式,即是输入频道号还是输入载波频率,同时选择输入信号的制式和幅度单位。
(c)确定差拍位置:
这个过程主要确定测试CSO和CTB时的频率点。
(d)设置噪声带宽及噪声测试点
HP8591C对噪声的测量是先测量频道内某一频率点附近300kHz带宽内的噪声电平,再根据噪声带宽换算出整个频道内的噪声电平,故测量时需要确定噪声带宽和测试频率点。
一般噪声带宽设为5.75MHz,测量噪声的频率点设为载波频率左边1.25MHz处。
(2)频道测量
频道测量是对单个频道的各项指标进行测量。
从前述的菜单中选择CHANNELMEAS所对应的软键,即进入单个频道的测量状态,它共有三张主菜单。
单个频道各项指标的具体测量方法如下:
(a)频道的选择:
进入相应的菜单,输入所要测量的频道号或图象载波频率。
(b)图像载波电平和频率的测量:
被测频道选择后,在第一张主菜单中按下CARRIERLV&FRQ所对应的软键,屏幕上就会显示该频道频谱曲线、图像载波电平和图像、伴音载波电平差。
这时若按菜单中第三行FREQONOFF对应的软键,使ON加上下划线,屏幕上还显示图像载波频率和伴音、图像载波频率差。
当需要测量被加扰频道时,应在选择CARRIERLV&FRQ后,按下SCRAMBLDYESNO所对应的软键,使YES加上下划线。
当输入信号比较弱时,可以打开分析仪内部的放大器。
(c)载噪比C/N的测量:
在测量载噪比时,一般要求被测信号是未被调制的信号,因而应在测量时关掉调制信号,但为了不影响用户的正常收视,也有一种不关调制信号的测量方法,即测试两个频道交点的噪声值。
具体方法是,按下第二张主菜单中的第一行CARRIER/NOISE所对应的软键,即可进行载噪比的测量。
(d)载波交流声比的测量:
在第二张主菜单中选择第二行HUM所对应的软键,并关掉载波的调制信号即可进行载波交流声比的测量。
按MOREINFO对应的软键可以得到更详细的信息。
(e)交调比的测量:
在第二张主菜单中选择第三行CROSSMOD所对应的软键,关掉调制后,即可在屏幕上显示交调比的测量结果。
(f)CSO和CTB的测量:
一般在CSO和CTB的测量中应关掉载波信号,但在HP8591C中可以像测载噪比时一样,通过打开时间闸门(GATEON),选择静止线来测CSO。
但因为CTB主要集中在图像载波附近,故在测量CTB时一定要从前端关掉待测频道的载波。
CSO和CTB的具体测量步骤如下。
在第二张主菜单中按第四行CSO/CTB对应的软键,输入所选定的静止线行数后,按面板上的ENTER键,并按菜单中FLDBOTHEVENODD对应的软键,使BOTH加下划线,再按CONTINUE对应的软键,即可显示屏幕上光标所在频率点的CSO或CTB,利用面板上的旋钮移动光标,按NEXTBEAT对应的软键,即可测出其它频率点上的CSO或CTB。
在测量图像载频处的CTB时,一定要先关掉本频道的图像载频。
(g)视频调制度的测量:
按下第二张主菜单中的第五行DEPTHMOD所对应的软键,即可在屏幕下方显示出视频调制度。
若按菜单中TVLINE对应的软键,并输入欲测电视线数,按MOREINFO对应的软键,即可测出任一电视线的调制度。
(h)系统内幅频特性的测量:
对系统内幅频特性的测量,首先应对前端输出的信号进行测量,把结果存储在仪器之中,再到系统指定点进行同样的测量,比较两次测量的结果即得出有线电视传输系统本身的幅频特性。
(i)频道内幅频特性的测量:
对频道内幅频特性的测量需要有测试信号发生器发出的测试信号,但也可以用待测频道内包含的测试信号,具体测试步骤如下。
在第三张主菜单中按第二行IN—CHNLRSP对应的软键后出现新的菜单,按第二行VITSTEST对应的软键,又出现新的菜单,按第五行SelectTestSig后选择MULTI—BURST或SINX/X后,按PrevMenu对应的软键,回到前一张菜单,按第一行SELECTLINE对应的软键,并用数字键输入测试信号线数(仪器缺省值为19线),输入结束后按面板上ENTER键,然后按第二行FIELDBOTHEVEN对应的软键,再按最后一行CONTINUE对应的软键,将出现新的菜单。
按MAKER1、MARKER2对应的软键,使两个光标分别置于波峰和波谷,即可得到测量结果。
再按MOREINFO对应的软键,即可显示更详细的信息。
(j)微分增益和微分相位的测量:
按下第三张菜单中第三行DIFGAINDIFPHAZ所对应的软键,然后选择测试行,即可进行测量。
(k)色亮时延差的测量:
按下第三张菜单中的第四行CLDI对应的软键后,然后选择测试行,即可进行测量。
(3)系统测量
HP8591C还可以进行系统各项指标的自动测量,首先由测试人员在仪器内输入事先编制好测试计划(在仪器中可以存储五个测试计划),自动对图像、伴音电平,图像、伴音频率,调制度、CSO、载噪比、载波交流声比、微分增益、微分相位、色度——亮度时延差,频道内幅频特性等指标进行定期测量,并自动打印出包括测试时间、测试地点、测试温度、测试结果在内的测试报告,供技术人员作进一步分析
1.2.1VM700A视频测量仪的基本功能
VM700A是一种全功能的视频监视和视频测量的仪器,它主要通过选用不同的“选件”来达到不同的测量目的。
1、选件11
这是基本的测试软件,主要用于PAL制复合视频指标的测量。
2、选件21
这个选件主要用于测量摄像机的各种性能指标,同时也能测量氧化铅管和CCD摄像管的各种性能指标。
它可以自动对摄像机性能作总体预测试,也可以对不同的摄像机进行自动比较。
当它工作于“相对于基准”的工作方式时,可使摄像机之间的匹配调整简单、快捷。
它有4个测试键和5个附加测试。
(1)4个测试健
a.色还原:
色还原测量主要用来评价摄像精确还原色彩的能力。
在摄像机被调整时,测量仪可以连续监视其输出,交替显示该机的原始状态和正在调整状态。
b.CCD缺陷:
CCD缺陷的测量一般采用图形显示法,在测量仪中,判断缺陷的阈值电平可以调节,以便改变测试条件,满足不同的应用场合。
c.固定斑纹杂波(FPN):
固定斑纹杂波测量主要是为了了解与CCD像素有关的持续电流变化的特性。
d.频率响应和频谱混叠:
频率响应的测量主要是确定幅度与频率之间的函数关系。
频谱混叠量化是指CCD图象在采样过程中出现的一种现象。
测量时一般采用多脉冲卡作混叠测试的信号源
(2)5个附加测试
a.细节:
测试行和场的细节,并且给出相应的波形。
b.伽玛:
伽玛测量主要用于测量摄像机的光输入与电输出之间的传输特性,该输出特性用曲线绘出,测试卡可以用线性灰度等级卡或者指数灰度等级卡。
c.画面失真和重合度
d.底色失真:
底色失真可以从二个方面进行测量,一是行底色失真,另一个是场底色失真。
测量仪可以同时显示行和场的底色失真波形。
e.场拖尾:
场拖尾主要是用来测量CCD摄像机在输入图像有过大光通量时的处理能力。
3、选件30
这个选件提供了全部的分析模拟分量视频参数的测量手段,可以分析测试模拟分量视频信号的各种波形和参数。
包括以下部分。
(1)“蝴蝶结”测量
(2)“闪电”测量
(3)“并列”显示
(4)“重叠”测量
(5)“矢量显示”
(6)“彩条测试”
(7)“K系数”测量和显示
(8)“多波群”
(9)“亮度非线性”
(10)“通道延迟”
(11)“电平表”
(12)“杂波”
1.2.2VM700A视频测量仪的基本测量方法
VM700A视频测量仪共有五种基本的测量方式。
1、自动(Auto)方式
VM700A的自动方式可以进行标准的视频测量。
2、手动测量(measure)方式
这种方式下,屏幕上有若干个方框菜单,可供选择进行手动测量。
3、图象(picture)方式
这种方式下,屏幕上会出现所选方框测量内容(信号)的单色图象,如果想观察彩条的话,必须将亮线移至正程有彩条的部分。
4、矢量(vector)方式
这种方式下,屏幕上会自动出现矢量示波器的电子度盘,同时有所选行的彩条矢量图。
5、波形(waaveform)方式
这种方式下,可显示信号波形,垂直、水平标线将同时出现。
1.3DVB-CQAM分析仪
DVB-CQAM分析仪主要用来对DVB-C系统的各项传输指标进行测量。
下面以HP8594QDVB-CQAM分析仪为例来简要介绍此类仪器的功能和使用方法。
由于HP8594QDVB-CQAM分析仪面板上的各个功能键和HP8591C有线电视分析仪的功能键完全一样,该仪器在前面的章节已经做了介绍,这里我们重点介绍DVB-C测试软件。
它包括两大部分,即系统的配置部分和测试部分。
1.3.1系统配置
在测量前我们需要对测量系统进行配置。
Setup菜单的作用就是完成对DVB-C系统测量的配置。
Setup菜单包括以下子菜单:
ChannelTuning、AnalyzerSetup、DemodSetup、FECSetup、DEFAULTSETUP。
每个菜单都代表了一定的功能,下面我们对这些菜单的功能作一简单介绍。
1、ChannelTuning菜单:
菜单ChannelTuning用来设置被测频道的参数,主要是完成被测频道的选择和频率设置功能。
如定义整个测量信道的中心频率,定义被测频道的中心频率,定义被测频道的带宽等。
2、AnalyzerSetup菜单:
AnalyzerSetup菜单主要是完成分析仪输入信号的设置、前置放大器和功率测试单位的设置。
输入信号的设置包括单/多频道的选择、外置滤波器或衰减器的补偿以及为了测量射频信号输入功率而进行的设置等。
前置放大器的设置包括内置/外置放大器的选择、放大增益的设置、外置放大器噪声系数的设置。
功率的测量结果可以设置用dBm、dBmV和dBuV三种单位中的一种来显示。
3、DemodSetup菜单:
DemodSetup菜单主要进行数字解调参数的设置,如符号率设置、IQ偏移量设置、显示方式设置和调制精度越界警告设置等。
4、FECSetup菜单:
菜单FECSetup主要完成前向纠错参数的设置,包括设置数据包的大小、IQ星座图的倒置、以及数据输出等参数。
数据输出设置主要选择是否从分析仪后面的串行口或并行口输出解出的MPEG-2码流,选择串行口以188字节或204字节的格式输出数据包,
1.3.2系统功能介绍
完成了系统测试前的基本配置后,就可以开始进行测量了。
下面我们结合该分析仪的菜单介绍系统的功能。
1、CHANNELSELECT菜单:
该菜单用来选择被测频道。
2、CHANBWSELECT菜单:
该菜单用来设置扫频带宽,即屏幕显示的频率宽度。
选好中心频率和扫频带宽后,就可以对所选择的频道进行测量了。
3、AvgPwr&SymRate菜单:
菜单AvgPwr&SymRate的功能主要是用来测量被测频道的平均功率和符号率。
4、IQConstln菜单:
菜单IQConstln的功能是测量IQ分量,并将结果显示为IQ星座图。
5、ModulatnAccuracy菜单:
菜单ModulatnAccuracy的功能是用来测量调制精确度。
6、AdjChanPower菜单:
菜单AdjChanPower的功能是完成邻频功率的测量。
它可以选择功率是以绝对功率还是以相对功率(对中心频道)来显示。
7、SER,C/NMargin菜单:
菜单SER,C/NMargin的功能是测量被测频道的误码率、载噪比和频道余量。
8、ChannelResponse菜单:
菜单ChannelResponse的功能是用来测量内部可调均衡器的冲激响应和频道的频率响应。
9、PhaseResponse菜单:
菜单PhaseResponse的功能是用来测量信道的相位响应特性和群时延特性。
10、Reed
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