HPC基本使用说明

HP8591C频谱仪CATV常规操作

背景

频谱仪简介

顾名思义，频谱分析仪就是对信号的频域特性进行测量分析的一种仪器，目前有两种：扫频外差式频谱仪和FFT分析仪（实时频谱仪1）。

扫频式频谱仪实质是一个中心频率在整个频率范围内可调谐的窄带滤波器。当改变它的调谐频率时，滤波器就分离出特定的频率分量，从而依次得到被分析信号的谱分量。因此，这种频谱仪所显示的频谱图是多次调谐之后拼接的结果，分析带宽受限于窄带滤波器的带宽（通常总是小于信号带宽），所以不能进行实时分析。

而FFT分析仪是在对信号采样之后，选择一定时间长度的离散采样点进行傅立叶变换，从而得到频域信息。由于离散时域信号中已包含了该时段内所有的频率信息，因此可以认为FFT的分析带宽与信号带宽是匹配的，能够实现实时分析。

通常，扫频式频谱仪与FFT分析仪相比，具有较宽的频率范围，较慢的扫描速度。HP8591C频谱仪就是这样一台扫频式频谱仪。

注释

*1所谓“实时”频谱仪，直观的理解是能够在被测信号频率变化之前完成测量、分析和显示，但它又不是指单纯意义上的测量时间短、速度

T的时段内，完成频率分辨率达到1/T的谱分析；或者待分析信号的带宽小于仪器能够同时分析的最大带宽。显然，实时的概念与信号带宽及频率分辨率有关。在要求的频段宽度范围内，如果数据采集、分析速度不小于数据变化速度，

这样的分析就是实时的；如果待分析的信号带宽过宽以至超过了最大分析带宽，则分析变成非实时的。（频谱仪的频率分辨率一般指的是该分析仪中频滤波器的最小3dB带宽，它表征了能够将最靠近的两个相邻频谱分量分辨出来的能力。外差式频谱仪的频率分辨率主要由中频滤波器的带宽决定，最小分辨率还受到本振频率稳定度的影响。而FFT 分析仪的频率分辨率和采样频率及FFT计算的点数有关：频率分辨率△f、采样频率fs和分析点数N三者之间的关系为△f＝fs/N 。）

扫频外差式频谱仪基本原理

频谱分析仪的功能是要分辨输入信号中各个频率成份并测量各频率成份的频率和功率。为了完成该功能，扫频外差式频谱分析仪主要采用超外差方式进行扫描—调谐，其特点是频率覆盖范围宽并且允许在中频（IF）进行信号处理

图1是扫频外差式频谱仪的基本原理框图。

图中的中频频率是输入信号通过与本振信号的和频或差频产生的，本振受斜波发生器的控制，在斜波发生器的控制下，本振频率将从低到高的线性变化。这样在显示时，斜波发生器产生的斜波电压加到显示器的X轴上，检波器输出经低通滤波器后接到Y轴上，当斜波发生器对本振频率进行

图1 扫描外差式频谱仪原理框图

扫描时显示器上将自动绘出输入信号的频谱。

频谱分析仪依靠中频滤波器分辨各频率成份，检波器测量信号功率，依靠本振和显示横坐标的对应关系得到信号的频率值。由图l可以看出，对频谱分析仪的灵敏度起关键作用的是衰减器、放大器、中频滤波器以及视频放大器，当所测信号与仪器底噪差值小于10dB时，需要对测量结果进行修正，即对测量结果要加上修正值，见表1。

表1 修正系数表

扫频式频谱仪三大基本设定（分辨率带宽、视频带宽和扫描速度（或时间））

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。

上图中，中频滤波器的带宽决定了仪器的分辨率带宽，亦即频率分辨率。即是说，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，其分辨率取决于滤波器的带宽。

我们以测量载波电平为例，对仪器的

分辨率带宽设置加以比较，图2是分辨率

带宽分别是（由下到上）10HZ、1KHZ、

3MHZ的频谱曲线（输入为单个载波信号），

在设置分辨率带宽时，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，当分辨率带宽在1KHZ到3MHZ变化时，显示的信号幅度没有变化，这就可以认为1KHZ带宽已经足够了。另外，分辨率带宽在1KHZ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。

同样，分辨率带宽对噪声电平的影响亦是如此。使用窄的分辨率带宽时，噪声电平就低，使用宽的分辨率带宽时，噪声电平就高。

显示的噪声电平和分辨率带宽RBW之间的关系是：

2

1log 10dB 分辨率带宽分辨率带宽）＝噪声电平变化（ 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，对响应进行平滑，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。对于同一噪声底部信号，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少，两者的噪声平均值却一样，也就是说视频滤波器不会降低平均噪声电平，但能减少噪声的峰值电平，如图3、图4所示。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。

视频带宽和分辨率带宽的关系是：检波前的噪声可以通过较窄的分辨率带宽来降低，从而降低检波器的噪声输出电平；检波后的噪声则通过窄的视频带宽来平滑减少噪声波动，但不能降低噪声的平均功率电平。

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