在信号量测的领域中,若要量测时域的信号,我们惯用示波器;而在频域量测方面,我们则使用频谱分析仪。频谱分析仪(Spectrum Analyzer)是将时域的信号转换成频域信号,藉以量测信号成份的频率、振幅等,并分析输入信号的频谱特性。
传统的频谱分析仪为实时频谱分析仪(Real-Time Spectrum Analyzer),它的工作原理为针对不同频率设置相对应的滤波器,让信号实时显现出振幅。而新型的数字式频谱分析仪工作原理则是针对要分析的信号进行取样,将信号波形大小用数字显示,并经由计算而输出结果。由于需要经过数字转换,因此输出结果会有所延迟。数字频谱分析仪又称为傅立叶变换式频谱分析仪(FFT Spectrum Analyzer)。
做为电子、无线通信行业中最重要的通用测试仪器之一,频谱分析仪在电子工业体系中的研发、生产、测试、维护等各个环节中始终扮演相当重要的角色。关于市场对于频谱分析仪的需求,罗德与施瓦茨公司中国区测试与测量业务发展部经理安毅博士表示:“随着电子、无线通信等行业的发展,市场对于频谱分析仪的需求保持持续和稳定的增长。”
集成更多测试功能
就技术层面来看,频谱分析仪朝以下两方面发展:首先是噪声基底、相位噪声、测量精度、测量带宽等性能的进一步提升,其次则是功能与应用的更趋多元,亦即在同一个仪器平台上集成更多的测试功能,如针对移动通信信号的分析,针对雷达信号的分析功能等。
罗德与施瓦茨公司中国区测试与测量业务发展部经理安毅博士LxLesmc
在上述发展趋势下,各家频谱分析仪业者无不推出技术更先进、更能符合客户需求的产品。例如罗德与施瓦茨公司主推的频谱分析仪典型型号高端频谱分析仪FSW,便具有极低的相位噪声和噪声基底;同时可支持各类无线和移动通信标准信号的分析与测试,如2G、3G、LTE等,另外也支持国防电子中雷达信号与通信信号的测量功能。
此外,实时频谱分析仪FSVR则可提供全息频谱图,瀑布图等典型的实时频谱测量;可对各类信号的瞬态特性进行全面分析。针对中国大陆市场,安毅博士强调:“罗德与施瓦茨可为使用者提供全方位的技术服务与支持,始终以满足用户的需要为重要目标。例如开放实验室,可以支持用户在开放实验室中进行各种测试的应用实验,并提供维修与校准服务。”
罗德与施瓦茨公司高端频谱分析仪FSWLxLesmc
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可携式产品成新亮点
在频谱分析仪的产品分支中,可携式产品亦是亮点之一,可符合诸多现场应用的需求。针对此部分,罗德与施瓦茨公司所推出的掌上型频谱分析仪FSH便具有体积小,重量轻,功能全面等特性,可测量信号频谱、电缆坏点、向量网络分析及功率等,是用于安装维护现场的理想测量设备。
同样的,GE检测控制技术(GE Measurement & Control)旗下本特利内华达(Bently Nevada)新近推出的SCOUT 100和SCOUT 140系列,也强调为可携式数据采集振动频谱分析仪。本特利内华达产品经理Don Marshall表示:“SCOUT系列具有易操作、准确、实时数据采集和大批量数据存储等重要特点。人体工程学设计,大屏、高分辨率液晶背光屏和科学的左右手操作模式都为巡检数据采集提供了很大的方便。”SCOUT分析仪可提供双信道/四信道测量以及双平面平衡。据了解,它的平衡功能可以迅速对动态失衡和最常见的失衡形式做出诊断和纠正。此外,1GB内存则可以存储大量波形和频谱数据,数据可以通过USB接口转移到外部存储设备,电池容量可以支持10小时工作时间。
本国业者追赶国际水平
基本上,频谱分析仪市场目前仍为外商盘据的局面,但仍有台湾地区业者极力突破此局面且颇有成绩,固纬电子堪称为其中代表性业者。固纬电子1999年正式进入射频领域,经过10年来的稳定发展,目前已经发展到了3GHz的频率范围。该公司所推出的3GHz频谱分析仪GSP-830便是扫瞄式频谱分析仪中具有高性能、低噪声准位、易于操作和便于携带等多项特性的分析仪器,能够在高频与通讯应用上,针对学术研究、教育训练、电子零组件设计与生产系统,以及自动化测试提供有效的解决方案。
固纬电子表示,该公司的GSP-830采用先进的整合性功能设计,能使原有之低噪声准位-117dBm在搭配20dB增益的前置放大器GAP-802后,进一步再降到-137dBm,以提供极高的灵敏度来捕捉微弱信号。此外还能透过自动程序编辑模式,让用户可编辑10组量测步骤以进行自动化执行序列的程序设定,而其中可进入暂停、重复和单次模式,以配合不同的选用场合。整体而言,固纬所设计生产的频谱分析仪是基于全数字合成(DDS)及低噪声的设计,具有多样化的量测功能,包括游标测量、功率测量、限制线设定、双轨迹和触发功能等各类型应用。
另外,特别值得一提的是,中国电子科技集团公司41所已成功研制出国内首台最高测量频率到50GHz的宽带毫米波频谱分析仪样机。据了解,该项目属于电子测试技术领域重点研制项目,可解决国内针对超宽带电磁信号频谱测试的技术难题,尤其重要的是,此项研发标志着我国高性能毫米波频谱分析仪从设计到生产已达到国际先进水平,为行业发展竖立了新的里程碑。
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