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頻譜儀和示波器的區(qū)別


時間:2017-09-26 編輯:沈葉華
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分不清示波器頻譜儀的區(qū)別的人常鬧笑話,為避免尷尬,本文簡單總結以下四點——用實時帶寬、動態(tài)范圍、靈敏度、功率測量準確度,比較示波器和頻譜儀的分析性能指標,來區(qū)分兩者。

1 實時帶寬

對于示波器來說,帶寬通常是其測量頻率范圍。而頻譜儀則有中頻帶寬、分辨帶寬等帶寬定義。這里,我們以能對信號進行實時分析的實時帶寬作為討論對象。

對于頻譜儀來說,末級模擬中頻的帶寬通??梢宰鳛槠湫盘柗治龅膶崟r帶寬,大多數(shù)的頻譜分析的實時帶寬只有幾兆赫茲,通常較寬的實時帶寬通常為幾十兆赫茲,當然目前帶寬最寬的FSW頻譜儀可以達到500兆赫茲。而示波器的實時帶寬為其實時取樣的有效模擬帶寬,一般為數(shù)百兆赫茲,高的可達數(shù)千兆赫茲。

這里需要指出的是,大多數(shù)的示波器在垂直刻度設置不同時,其實時帶寬可能并不一致,在垂直刻度設置到最靈敏時,其實時帶寬通常會下降。

從實時帶寬來說,示波器普遍優(yōu)于頻譜儀,這對于某些超寬帶信號分析尤其有好處,特別是在調(diào)制分析上有著無可比擬的優(yōu)勢。

2 動態(tài)范圍

動態(tài)范圍指標因其定義不同而有所不同,很多情況下,動態(tài)范圍被描述為儀器測量最大信號和最小信號的電平差值。當改變測量設置時,儀器測量大信號和小信號的能力是不一樣的,例如頻譜分析儀在衰減設置不一樣的情況下,其測量大信號所帶來的失真是不一樣的。在這里,我們討論儀器能夠同時測量大小信號的能力,即在不改變?nèi)魏螠y量設置的情況下,示波器和頻譜儀在合適設置情況下的最佳動態(tài)范圍。

對于頻譜儀來說,在不考慮相位噪聲等近端噪聲和雜散情況下,平均噪聲電平、二階失真、三階失真是制約動態(tài)范圍的最主要因素,以主流頻譜儀的技術指標計算,其理想動態(tài)范圍約為90dB(受二階失真限制)。

大多數(shù)的示波器由于受其AD有效取樣位數(shù)和噪聲底的限制,傳統(tǒng)示波器的理想動態(tài)范圍通常不超過50dB(對于R&S RTO示波器,100KHz RBW,其動態(tài)范圍可高達86dB)

從動態(tài)范圍來看,頻譜儀要優(yōu)于示波器。但這里要指出的是,這對于常在信號的頻譜分析來說確實如此,然而示波器的頻譜是同一幀數(shù)據(jù),頻譜儀的頻譜大多數(shù)情況下都不是同一幀數(shù)據(jù),因而對于瞬變信號來說,頻譜儀可能無法測量到。而示波器發(fā)現(xiàn)瞬變信號(信號滿足動態(tài)范圍的情況下)的概率要大得多。

3 靈敏度

這里討論的靈敏度,是指示波器和頻譜儀所能測試到最小信號的水平。這個指標與儀器設置緊密相關。

對于示波器而言,示波器在Y軸設置至最靈敏檔時,通常為1mV/div時示波器所能測試到最小信號,拋開端口不匹配等因素來看,示波器的信號通道產(chǎn)生的噪聲以及軌跡不穩(wěn)定帶來的噪聲是制約示波器靈敏度的最重要因素。

從圖一中我們可以看出,因為采樣點數(shù)的增加,頻譜噪聲底可以下降到比較理想的程度。然而,當在時域已經(jīng)無法清晰準確的再現(xiàn)信號時,在頻域就產(chǎn)生了非常多的雜波,這就限制了我們觀測小信號的能力。

1 受噪聲影響的的靈敏度限制

大多數(shù)示波器與圖一所示一樣,能夠穩(wěn)定測量0.2mV的信號,對應到頻域,這相當于-60dBm的水平。事實上,示波器能否準確的測量小信號,不僅與垂直系統(tǒng)的靈敏度有關,還與X軸的抖動、觸發(fā)靈敏度等性能有關。

筆者為了對比文中所分析的技術指標,特地到R&S公司成都的開放實驗室(感謝成都分部提供的幫助)進行了指標對比,讓人驚訝的是,RTO示波器在靈敏度指標上非常優(yōu)秀,如下圖所示:

2 RTO示波器的全頻段頻譜圖

從圖二可以看出,RTO能夠準確測量-60dBm的信號,其噪聲底在-80dBm左右。而最讓人感到高興的是,在整個頻段(DC-4GHz),沒有發(fā)現(xiàn)能夠影響靈敏度的大的雜波,從而大幅提高了測量靈敏度。

關鍵詞:頻譜儀 示波器 帶寬 頻率    瀏覽量:2051

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