浅谈频谱仪与接收机的信号分析

任纹岐 张娟 冯艺宁

西安电子工程研究所（ 206 ） 陕西 西安

710100

摘要：本文总结了分析无线电中接收机和频谱仪的优缺点，进行模拟和数字信号分析，结合了信号分析科目实际工作中存在的问题和日常无线电监测检测及其使用，以及如何利用各种设备和技术手段提高信号分析的效率和质量。

关键词：频谱仪；接收机；信号分析

电力电子技术的广泛应用带来了巨大的优势，但也带来了一个不可忽视的电磁干扰问题，需要准确地测量近年来对提高电磁兼容性至关重要的电磁干扰特性。EMC在测量技术和服务领域引入了新的测试工具和方法。最简单、最有效的测试设备是频谱分析程序和EMI接收器。

1. 频谱分析仪

测量电信号时，电气工程师首先想到示波器。示波器是一种显示时间间隔模式的仪器。它类似于电气工程师的眼睛，通过显示电路中电流和电压变化的规则，提供了电路运行状态的概述。但是示波器不是测量和诊断电磁干扰的理想工具。原因是：

1.动态范围最重要。干扰频谱的不同分量级大于5个量级，动态范围大于100 dB，八位的示波器动态范围仅为40dB左右，不符合电磁干扰的要求。

2.电磁兼容的所有电磁干扰限制都是在频域中定义的，而示波器显示时域，因此测试结果不能直接与标准进行比较。要将结果与标准进行比较，必须将时域波形转换为频谱。

3.电磁干扰往往低于电路的运行信号，而且往往高于电磁干扰的频率信号。当一些低频信号复盖较宽的低频信号时，不能用示波器测量。

4.毫伏级示波器的灵敏度，天线通常在微伏级接收电磁干扰，因此示波器不能满足灵敏度要求。频谱分析仪是测量电磁干扰的合适仪器。频谱分析仪是一种显示电压振幅随频率变化的仪器。它显示了一个称为频谱形状的波形。频谱分析仪克服了用示波器测量电磁干扰的缺点。它可以精确测量每个频率的干扰强度。对于电磁干扰分析，频谱通道比示波器更合适。频谱分析仪直接显示信号的各个频率分量。

5.原理。频谱分析仪采用扫频超外差运行模式。混频器将天线上接收到的输入信号与本地振荡器生成的信号相混合。当频率混频率等于中频时，可通过中频放大器的放大信号实现峰值检测。检测到的信号由视频放大器放大，然后显示。由于局部振荡器电路的振荡频率随时间变化，频谱分析仪的输出频率在不同时间有所不同。当振荡器频率随时间扫描时，屏幕上显示不同频率的测量信号幅度。记录不同频率的信号幅度，得到测量信号频谱。根据这个频谱，我们可以知道检测到的设备干扰传输是否超过标准，或者干扰信号频率是多少。

二、接收机与频谱仪对信号的分析

1.分析模拟信号。在模拟信号测试过程中，主要选择FM和AM信号进行测试。选择的频谱仪9020A，接收设备为PR100和PR200，信号发生器为E4438C，传输频率为1000MHz，功率为0dBm(见图1)。

图1信号源发射的FM信号和AM信号

首先利用频谱分析对FM和AM进行分析。OBW测试可以测试99%的带宽。频谱Maker计算速度控制、频率偏差和频谱幅值偏差以及时域AM深度。但是，y轴要替换的单位是v。这样可以更轻松地直接添加和减去。AM和FM控制参数可以精确测量和计算。但是，必须在时域和频域之间切换，而且此过程很复杂。尤其是RBW和sweeptime通信比较困难，需要相对较高的操作人员。其次PR100及分析FM和AM信号。Pr100同时显示频谱和瀑布图。信号带宽可以通过频谱、瀑布图Marker和Line上进行测试。通过调整BW，可以计算FM的调制速率和频偏，以及AM信号的频率偏差和模块深度。Pr100在频域和时域都看到一些信号特性，但时域没有波形。当调制解调器加载语言时，可以使用pr100调制解调器功能轻松地确定它是AM还是FM信号。测量信号的调整深度，但可能导致计算，最后用pr200进行FM和AM信号分析。pr200配备了用于频率和频率微调的专用调制解调器模块。该模块用于在未计算的情况下获取驱动单元和频率参数。pr200中具有FM和AM信号的调谐和测试模块。通过调整BTW使信号完全桥接，您可以直接读取AM和FM信号设置。测试简单高效，所需的技术要求较少。

2.数字信号分析。在数字信号测试过程中，主要使用脉冲信号和扫描信号进行测试。所选频谱仪为安杰伦9020a，接收设备为pr100和pr200，信号发生器为安杰伦E4438C，发射频率为1000MHz，功率为0dbm。首先，使用频谱分析仪对脉冲信号和频率扫描信号进行频域分析。Obw测试可测试99%的功率带宽、扫描信号频率范围以及开始和结束频率。在时域，通过调节RBW和sweeptime，利用光谱仪的maker函数，可以简单地测量和计算脉冲信号的周期时间、脉冲宽度和占用比、周期时间和扫描信号停留时间。但是，Sweeptime对于长脉冲和扫描信号尤为重要。一个周期的两种波形必须全部显示，否则信号周期无法测量。其次，用pr100分析脉冲和扫描信号。maker和line函数可让您使用光谱和重叠图形来读取脉冲周期和停留时间。但是，pr100瀑布图的最小时间尺度为40ms，因此脉冲停留时间小于40ms时无法进行标记测量。还可以读取瀑布图的频率范围和带宽，然后计算扫描点数。频率扫描周期可在瀑布图读取，如果信号停留时间小于40毫秒，则无法测量。最后，pr200用于脉冲和扫描信号分析。Pr200集成了Zero Span功能，可同时显示频域和时域特征，大大提高了脉冲信号分析和频率扫描的效率。

三、接收机与频谱仪的优劣比较

频谱仪的优点是可以在更广泛的频率范围内仔细观察频谱，实测信号的时域分析和频域分析相对简单，系统测试更加方便；缺点是频率分辨率低，相互调节干扰大，选择性差，只能进行单峰值检测。因此，一旦确定了信号的中心频率，就突出了频谱仪的分析优势。然而，频谱仪的运行过于复杂，涉及许多测试阶段。在时间有限的测试环境中，技术人员需要一定的操作经验来快速执行信号分析和测试。接收机的优点有测试精度高、动态范围大、频率分辨率高、灵敏度高、相互调节干扰小等四种基本检测方法；其缺点是带宽有限，无法对检测到的信号进行快速频谱分析和幅度测试，接收机采用多窗口显示和模块化特殊分析功能，大大提高了信号分析效率，需要的技术人员较少，但自动测试如何使用现有设备，考虑到不同设备的功能，相互学习，提高信号测试效率是我们需要思考的问题。通过使用各种设备分析模拟信号和数字信号，在实际信号分析过程中，接收机能够快速检测和分析信号，在确定频率点后迅速使用频谱仪进行分析，并有助于比较和校准中继测试结果。

本文总结了使用接收机和频谱仪进行信号分析的优缺点，并提出了与接收机和频谱仪协同工作和测试的方法。只有通过总结各种信号的测试方法和步骤，才能提高信号分析的效率和质量。新的方法和方法为监测技术人员提供了一定的参考，并提高了无线电监测的技术能力。

参考文献：

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