如何正確設(shè)置頻譜儀帶寬

在測(cè)量一些CATV系統(tǒng)指標(biāo)中，常常要用到頻譜儀，為了使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，在頻譜儀的使用上常涉及到一個(gè)分辨帶寬設(shè)置的問(wèn)題。要弄清這個(gè)問(wèn)題，得要知道一些頻譜儀的基本原理。圖1是頻譜儀的基本原理框圖。圖中的中頻頻率(輸入信號(hào)通過(guò)與本振信號(hào)的和頻或差頻產(chǎn)生)，本振受斜波發(fā)生器的控制，在斜波發(fā)生器的控制下，本振頻率將從低到高的線性變化。這樣在顯示時(shí)，斜波發(fā)生器產(chǎn)生的斜波電壓加到顯示器的X軸上，檢波器輸出經(jīng)低通濾波器后接到Y(jié)軸上，當(dāng)斜波發(fā)生器對(duì)本振頻率進(jìn)行掃描時(shí)顯示器上將自動(dòng)繪出輸入信號(hào)的頻譜。檢波器輸出端的低通濾波器稱為視頻濾波器，用在分析掃描時(shí)對(duì)響應(yīng)進(jìn)行平滑。

1、分辨帶寬

在頻譜分析儀中，頻率分辨率是一個(gè)非常重要的概念，它是由中頻濾波器的帶寬所確定的，這個(gè)帶寬決定了儀器的分辨帶寬。例如，濾波器的帶寬是100KHZ。那么譜線頻率就有100KHZ的不定性，也即在一個(gè)濾波器的帶寬頻率范圍內(nèi)，出現(xiàn)了兩條譜線的話，則儀器不能檢出這兩條譜線，而只顯示一條譜線，此時(shí)儀器所反映的譜線電平(功率)是這兩條譜線的電平功率的疊加。因此會(huì)出現(xiàn)測(cè)量誤差。所以，對(duì)于兩條緊密相關(guān)的譜線，其分辨力取決于濾波器的帶寬。

我們以測(cè)量載波電平為例，對(duì)儀器的分辨帶寬設(shè)置加以比較，圖2是分辨帶寬分別是(由下到上)30KHZ、300KHZ、3MHZ的頻譜曲線(輸入為單個(gè)載波信號(hào))，在設(shè)置分辨帶寬時(shí)，我們考慮的是儀器是否能充分響應(yīng)輸入信號(hào)時(shí)有足夠的帶寬，正確的方法是展寬濾波器的帶寬，當(dāng)在屏幕上觀察到信號(hào)載波幅度不再增加時(shí)，就表示中頻濾波器對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)已有足夠的帶寬了。在圖中我們看到，當(dāng)分辨帶寬在300KHZ到3MHZ變化時(shí)，顯示的信號(hào)幅度沒(méi)有變化，這就可以認(rèn)為300KHZ帶寬已經(jīng)足夠了。另外，分辨帶寬在300KHZ和3MHZ之間設(shè)置時(shí)，對(duì)于單個(gè)載波情況下的信號(hào)幅度沒(méi)有變化，但是在實(shí)際測(cè)量CATV系統(tǒng)圖象載波電平時(shí)卻不能將分辨帶寬設(shè)為3MHZ，這是因?yàn)樵趯?shí)際中圖象載波附近存在相鄰頻道的伴音載波(相距1.5MHZ)，3MHZ帶寬則不能把相鄰伴音載波的能量濾掉，這樣相鄰伴音載波的能量會(huì)加到正在測(cè)量的圖象載波上，使測(cè)到的電平值比實(shí)際的高。

2、視頻濾波器

在圖1中的檢波器之后的濾波器稱為檢波濾波器又叫視頻濾波器，它是一個(gè)低通濾波器，它的作用可以減少檢波器輸出的噪聲變化，揭示一些已被掩蓋且接近本底噪聲的信號(hào)，如果是測(cè)量噪聲功率，它還有助于穩(wěn)定測(cè)量。

檢波器輸出端往往存在直流分量和交流分量，直流分量代表著中頻帶寬內(nèi)存在的能量，所以通過(guò)視頻濾波器可達(dá)到提取直流分量去除一些交流分量，這樣能給出更穩(wěn)定的無(wú)噪聲輸出。圖3是不同視頻帶寬下，檢波器輸出的信號(hào)圖，圖3a采用寬帶視頻濾波器，圖3b采用窄帶視頻濾波器，由圖中可看出，采用寬帶濾波器時(shí)噪聲的波動(dòng)較大，采用窄帶濾波器時(shí)波動(dòng)顯著減少，兩者的噪聲平均值卻一樣，也就是說(shuō)濾波器不會(huì)降低平均噪聲電平，但能減少噪聲的峰值電平。因而能暴露出用較寬視頻濾波器不能看到的低電平信號(hào)。但在某些情況下，如分析一些特殊的噪聲信號(hào)時(shí)，我們則需要較寬的視頻濾波器帶寬，以便觀察和分析，所以我們可根據(jù)不同的情況來(lái)設(shè)置視頻濾波器的帶寬。

視頻濾波器的帶寬和分辨帶寬的關(guān)系是：檢波前的噪聲可以通過(guò)較窄的分辨帶寬來(lái)降低，從而降低檢波器的噪聲輸出電平;檢波后的噪聲則通過(guò)窄帶視頻濾波器來(lái)平滑減少噪聲波動(dòng)，但不能降低噪聲的平均功率電平。