頻譜分析儀Zero Span的應(yīng)用

使用頻譜分析儀的人通常都只會(huì)應(yīng)用在Frequency Domain(頻域)，但是頻譜分析儀Zero Span時(shí)即成為Time Domain(時(shí)域)的示波器。因?yàn)榧釉?SPAN lang=EN-US>YIG(Local Osc)上的電壓是固定的，此時(shí)的頻譜分析儀(SA)的頻率是固定在一個(gè)頻率上，不會(huì)有頻率變化。所以經(jīng)過Envelope檢波器檢波后可以將調(diào)變波解調(diào)出來，如果在此時(shí)我們把SA的Vertical(垂直)單位改變?yōu)?SPAN lang=EN-US>Linear(Voltage)，則可以正確的顯示出調(diào)變波的波形。

在此篇文章中要告訴各位讀者，如何利用頻譜分析儀的Zero Span來量測(cè)波形。SA在Zero Span量測(cè)之應(yīng)用除了CW(Continuous Sine Wave)量測(cè)外，大致提到的應(yīng)用有： 

●AM(Amplitude Modulation)之Zero span量測(cè)。
 

●FM(Frequency Modulation)之Zero span量測(cè)。 

●TV Video信號(hào)的量測(cè) 

因?yàn)轭l譜分析儀RBW的設(shè)計(jì)不同而所量測(cè)到的波形有所不同，不過還好頻譜分析儀RBW的設(shè)計(jì)，大約只有二種，即B3(3dB頻寬，Shape factor=15：1)頻寬與B6(6dB頻寬，Shape factor=7.5：1)頻寬等二種。當(dāng)然量測(cè)得到的波形也會(huì)與Video Filter的頻寬有關(guān)系，但是真正的量測(cè)結(jié)果是不管使用那一種頻譜分析儀量測(cè)，所得到的結(jié)果也是一樣才對(duì)。B3，B6與B1的關(guān)系如下： 

B6／B3=1.5
 

B3／B1=1.8

頻寬與Risetime的換算公式如下： 

Tr×B3=0.35 Tr =risetime 

Ttotal=(Tr12 + Tr22)1／2

Zero-span解調(diào)(DB)的波形決定于Resolution Bandwidth(RB)與Video Filter(VB)，當(dāng)然所使用的RB與VB頻寬愈寬，所能解調(diào)的波形(頻寬)也愈寬。解調(diào)器通常將信號(hào)解調(diào)成上，下旁波帶(Sideband)，所以下旁波帶通常只會(huì)與上旁波帶有相同的頻寬。所以DB(解調(diào)頻寬)會(huì)是(1／2RB)2與VB2和的平方根，也就是說DB=(1／2RB2+VB2)1／2。

例如：頻譜分析儀以6dB的Resolution Bandwidth(RB6)=300kHz與3dB的Video Filter(VB3)解調(diào)信號(hào)時(shí)，它所能解調(diào)的信號(hào)頻寬(DB)為多少？ 

R B3=300kHz／1.5=200kHz

TrB =0.35／100kHz=3.5μS

TVB =0.35／300kHz=1.2μS

Ttotal=(Tr12+Tr22)1／2=

(3.52+1.22)1／2=3.7μS

DB3=0.35/3.7μS =94.6kHz

而以DB1來說則為94.6kHz／1.877=52.6kHz的頻寬。此頻譜分析儀的DB(解調(diào)頻寬)只有94.6kHz，如果有頻寬較高的調(diào)變信號(hào)它就無(wú)法解調(diào)了，所以應(yīng)用的原則就是；RB一定要比解調(diào)波的變化頻寬大。

CW信號(hào)是一個(gè)沒有載上調(diào)變波的連續(xù)波形，當(dāng)然在頻譜分析儀上看起來會(huì)沒有任何的調(diào)變波在旁波帶(Side-band)上。因?yàn)檩d波信號(hào)上無(wú)任何調(diào)變信號(hào)，所以經(jīng)檢波后的波形為一直線。

AM調(diào)變信號(hào)量測(cè)

我們以Tektronix SG 5030 Sine信號(hào)產(chǎn)生器輸入1kHz,4.7Vp-p的Sine波加入到HP3336C綜合信號(hào)產(chǎn)生器后面的AM調(diào)變輸入端，設(shè)定HP3336C的輸出為10MHz ,0dBm的信號(hào)【此時(shí)HP3336C沒有1kHz的調(diào)變信號(hào)輸出，輸出信號(hào)為CW信號(hào)。以Tektronix 2797頻譜分析儀量測(cè)，得到如(圖一)的中間一個(gè)簡(jiǎn)單綠色的RBW filter曲線】。

《圖一》

啟動(dòng)HP3336C的AM調(diào)變輸入(按藍(lán)色Shift鍵(Store 0-9鍵，此時(shí)HP3336C已經(jīng)有1kHz的調(diào)變信號(hào)輸出。以示波器確定調(diào)變輸出為100%，如果沒有可以調(diào)整Tektronix SG 5030 Sine信號(hào)產(chǎn)生器輸出，使調(diào)變輸出為100%)。先將輸出信號(hào)以頻譜分析儀將AM信號(hào)顯示在屏幕上(圖一上面載有1kHz Sine信號(hào)的曲線)，由(圖一)可以看出載波中心頻率(CF)=10.000MHz,0dBm，而上面調(diào)變信號(hào)為1kHz Sine。

此時(shí)我們?cè)O(shè)定SA的Span/div=20MHz，RBW=1MHz，Reference level=4dBm，(不要讓信號(hào)超出屏幕)，Vertical Scale=2dB/div。由圖一增加6dB(Linear Mode)，可以看出當(dāng)調(diào)變信號(hào)100%加入到載波時(shí)，整個(gè)信號(hào)的功率增加一倍。

再來我們用Zero Span來觀察調(diào)變信號(hào)�，F(xiàn)在將頻譜分析儀設(shè)定為ZeroSpan Mode，不要讓Sweep time=AUTO你可以自行設(shè)定Sweep time=20mS，得到(圖二)之圖形。在圖形中可以看到sine波的頻率=1kHz(每1div有2個(gè)sine周期，每1div的時(shí)候=20mS/10div=2mS，每一個(gè)cycle=1mS)。而AM100%調(diào)變信號(hào)剛好占滿整個(gè)Linear Mode。

《圖二》

前面講過DB能力會(huì)與RB與VB有關(guān)，現(xiàn)在我們舉另一個(gè)AM方波調(diào)變的例子來說明解調(diào)能力(DB)。首先我們加入100Hz的方波調(diào)變波，其載波為10MHz，然后頻譜分析儀用不同的RB與VB來解調(diào)此方波信號(hào)：(圖三)是將此頻譜設(shè)定在頻域(Frequency Domain)在來觀察的圖形，在圖三中RBW=1MHz時(shí)可以隱約看到被調(diào)變的方波(1kHz)在載波(10MHz)上面，然后我們將頻譜分析儀的設(shè)定變更為Vertical=linear，Span=Zero，time/div=20mS，我們會(huì)得到(圖四)的解調(diào)信號(hào)。圖四的解調(diào)信號(hào)約為頻率=1kHz(圖中time=20mS有10周的方波)。

《圖三》

《圖四》

圖四是盡量把RBW變寬=3MHz，以免會(huì)影響到下面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在沒有加入任何Video Filter的解調(diào)信號(hào)前，可以看出信號(hào)的轉(zhuǎn)角很直，高頻信號(hào)沒有被Video Filter的頻寬所限制，所以信號(hào)沒有失真。(圖五)則是有加入3kHz的Video Filter的解調(diào)信號(hào)，圖中可以看出信號(hào)的轉(zhuǎn)角已經(jīng)變得圓弧了，這表示Video Filter的頻寬已對(duì)輸入信號(hào)的頻寬有所影響�？梢姼哳l信號(hào)被Video Filter的頻寬所限制住了，所以DB(解調(diào)頻寬)=(1/2RB)2與VB2和的平方根(也就是說DB=(1／2RB2+VB2)1／2)一定要大于解調(diào)信號(hào)的頻寬。 

《圖五》

頻寬對(duì)方波的影響對(duì)讀者沒有很深的認(rèn)識(shí)，我們將改變方波調(diào)變波再改為Sine波來看可以看VB對(duì)頻寬的影響。(圖六)是量測(cè)一個(gè)3kHz的AM信號(hào)，不設(shè)定頻譜分析儀的Video Filter時(shí)，Sine波的振幅為6div(盡量放大RB的頻寬以免影響到我們觀測(cè)VB變化對(duì)信號(hào)的影響，所以設(shè)定RB=100kHz。圖六振幅較大的外面的圖形)。然后我們?cè)僭O(shè)定Video Filter為3kHz，將信號(hào)解析出來，得到的圖形與前面的重迭成為圖六中間較密的圖形，較密的部分可以看出它的大小=4.2div。

《圖六》

結(jié)論是3kHz的sine信號(hào)經(jīng)過3kHz Video filter，已經(jīng)將信號(hào)大小衰減為0.707倍，也就是說信號(hào)被衰減3dB�？梢姷�DB不夠大以使解調(diào)的信號(hào)失真了。

FM調(diào)變信號(hào)量測(cè)

頻譜分析儀對(duì)FM信號(hào)是利用鑒頻器(Discriminator)的Slope(斜坡)來解調(diào)的。也就是說解調(diào)信號(hào)會(huì)在RBW filter的旁邊的地方，(圖七)就是一個(gè)典型的FM調(diào)變信號(hào)解調(diào)的圖形。由圖七可以看出FM信號(hào)利用Slpoe解調(diào)出的信號(hào)會(huì)顯示在Zerospan屏幕的下方，而前面章節(jié)的信號(hào)AM解調(diào)出的信號(hào)會(huì)在Zerospan屏幕的上方。

《圖七》

如果要量測(cè)FM deviation的話可以將邊邊的調(diào)變信號(hào)在頻率軸的最大偏移量量出即可，(圖八)中利用2個(gè)光標(biāo)量測(cè)的結(jié)果=3.10kHz(光標(biāo)躲在信號(hào)中在圖中)。

 《圖八》

TV的video信號(hào)量測(cè)

TV Video信號(hào)的頻寬為4.5MHz的AM信號(hào)，加上FM調(diào)變的Audio信號(hào)頻寬共為6MHz。Video信號(hào)上面可能載有較高頻的信號(hào)，因?yàn)槊恳慌_(tái)頻譜分析儀所具備有的RBW Filter不盡相同且詳盡，雖然高頻信號(hào)可能被RBW濾掉，但也可以看到一個(gè)整體的Video信號(hào)。(圖九)是利用數(shù)字示波器量測(cè)一個(gè)10MHz載波載有5 step linear的黑白TV信號(hào)。但圖九的VB=的300kHz還是讓Video信號(hào)有些失真，如果能把VB放大一點(diǎn)可以更忠實(shí)把信號(hào)解調(diào)出來。

《圖九》

而(圖十)是白階的TV Video信號(hào)以TV Modulator儀器調(diào)變深度87.5%后，接入頻譜分析儀后未解調(diào)的頻譜。而解調(diào)后的信號(hào)為(圖十一)，圖十一的Syn Tip(水平同步信號(hào))剛好與平常所看到的白階的TV Video上下相反。

《圖十》

《圖十一》

結(jié) 論

利用頻譜分析儀的Zero span量測(cè)調(diào)變信號(hào)時(shí)，調(diào)變信號(hào)的頻寬一定不能大于頻譜分析儀的DB(Demodulation Bandwidth)。頻譜分析儀的DB會(huì)是(1/2RB)2與VB2和的平方根，也就是說DB=(1／2RB2+VB2)1／2。因?yàn)槭褂妙l譜分析儀的RB與VB對(duì)量測(cè)信號(hào)會(huì)有很大的影響，所以使用時(shí)必須要很小心。