频谱仪在卫星通信领域的使用

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1、频谱仪在卫星通信领域的使用频谱仪和示波器都是常用的电子通信测量仪表。示波器在时间域上显示信号的电压变化，频谱仪则在频域上显示信号的功率变化。频谱仪显示屏的水平坐标为频率轴，垂直坐标为功率轴，主要用于观测和记录某个指定频段内的载波频谱。本文拟以常用的惠普和安捷伦频谱仪为例，在择要介绍频谱仪原理功能的基础上，着重介绍它在卫星通信领域的使用经验。1工作原理与测量性能1.1工作原理频谱仪的原理框图如图一所示。输入信号经由衰减器和放大器，被送到混频器。混频输出经过中频带通滤波、检波、视频滤波、以及模数转换等电路，被送入微处理器。微处理器控

2、制混频器的本振频率，并且向显示器输出检测得到的频谱图形。混频器的本振频率通常为周期性的扫频信号。图一频谱仪的原理框图频谱仪可以根据需要，周而复始地连续检测并且显示某一段频率范围内的信号功率。上图中的混频器控制带通滤波器的中心频率，以决定被检测信号的扫频范围。被称作分辨带宽（RBW,ResolutionBandwidth）的带通滤波器带宽可以受控改变，以决定被检测信号的输入带宽范围。被称作视频带宽（VBW,VideoBandwidth）的低通滤波器带宽也可以受控改变，以改变检波器输出信号的平滑度。检波器的输入信号通常由对数放大器压

3、缩信号的动态范围，并且调整其电平范围。微处理器将经过模数转换的检波输出信号，转换为显示器上的频谱图形。1.2测量范围在频谱仪的显示屏上，水平坐标通常为信号频率，垂直坐标通常为功率。频率范围通常由中心测量频率（CF,CenterFrequency）和扫频测量范围（SP,FrequencySpan）共同决定。功率电平范围通常由功率显示的最大值（RL,ReferenceLevel）、以及电平刻度（Scale/Div，即每一格的电平值）共同决定。频谱仪的主要性能指标大致为下列几个方面。其一是频率范围。不同型号频谱仪的工作频率最高可为1.

4、5GHz、6.7GHz、20余GHz或更高，这些工作频率分别适应于中频和L频段、C频段、以及Ku频段。其二是扫描点数，即显示屏在水平方向上的取样点数量。不同型号频谱仪在经过A/D转换后的扫描点数分别可为401点、1001点、乃至8192点。扫描点数越多，在水平轴上的显示精度就越高。其三是扫描时间。各种频谱仪的扫描时间最长分别可为300s、1500s、乃至4000s。扫描时间越长，后文将介绍的0span测试范围也就越大。其四是分辨带宽。根据频谱仪型号的不同，分辨带宽最窄可为10kHz、10Hz、甚至1Hz。选择较窄的分辨带宽，有助

5、于较为准确地显示窄带载波的频谱。其五是视频带宽。根据频谱仪型号的不同，视频带宽最窄可为30Hz、或为1Hz。选择较窄的视频带宽，可以得到较为平滑的谱线。其六是最大输入功率。当输入衰减设在5dB以上时，平均连续功率可为1W（30dBm）。当脉宽小于10s、占宽比小于1%、输入衰减设在30dB以上时，峰值脉冲功率可达100W（50dBm）。其七为平均噪声电平。平均噪声电平反映频谱仪可以显示的最小信号电平，它随测量时的分辨带宽和视频带宽而改变。在RBW=1kHz和VBW=30Hz条件下，平均噪声电平约为-110dBm；在RBW=10H

6、z和VBW=1Hz条件下，平均噪声电平约为-130dBm。平均噪声电平越低，对小信号的检测灵敏度就越高。1.3输入输出端口频谱仪的测试输入端口通常为N型电缆插座，如果测试电缆为BNC电缆头，则需加装N-BNC转换接头。用于频谱仪频率和功率自校准的参考信号输出端口通常使用BNC型电缆插座。HP频谱仪采用HP-IB端口，图形输出设备为HP绘图仪。新型频谱仪多采用并行打印端口，可以使用各种型号的打印机。频谱仪可以通过GP-IB（即HP-IB）、或者RS232通信端口与计算机相连。经过计算机编程控制的频谱仪可对输入载波信号进行自动监测。

7、1.4预热自校与输入限制频谱仪接通电源后，应该有5分钟的预热时间。必要时需在开机后对其进行自校准。自校时，先用专用测试电缆连接参考信号输出端口与测试输入端口，用Marker读出参考信号（单载波）的频率和功率，再按说明书所列步骤，将频率和功率读数调整为标称值。频谱仪对输入信号的平均连续功率有严格限制，通常应低于30dBm（即1W）。因此在测量大功率载波时，应使用功率衰减器，以限制输入功率。频谱仪对输入直流电压的限制值为0V。因此，当输入信号含有直流成分时，应采用隔直器，将输入信号中的直流成分完全隔离。1.5存储与调用频谱仪通常可以

8、在内存中存储一定数量的频谱图。部分频谱仪还配备软盘驱动器，可以存储更多的频谱图供日后作比较。采用先集中进行测量及存储，然后再作绘图或打印输出的方法，可以缩短测试时间。频谱仪的内存也可以存储一定数量的设置参数。调用并且调整预设参数进行测量，可以加快测试进度。调用预