测量原理的研究及应用(6)

2019-01-12 15:17

(四)常用信号的频谱

1. 脉冲串的频谱

脉冲串在数字系统中是常用的信号,如下图所示。脉冲串的占空比为 0 和100%间的任意值,由下列方程确定:

占空比 = τ/T

式中,τ是波形高电位的时间长度,T 是波形的周期。脉冲串谐波频率的 幅度与占空比有关。

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由于一般频谱仪都不能分辨幅值的正负,亦不能显示直流分量,故在频谱仪上显 示的脉冲串的幅度频率图如上图所示。

2.正弦及脉冲调幅波的频谱

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3.正弦调频和调相波的频谱

三、基于频谱分析仪的频域测量技术的实际应用

频谱分析仪主要功能在于测量信号的大小或振幅,其应用范围相当广泛,包括系统维护、信号测量、组件的频率增益与物料品管等,在此列举几项作为参考,在有线电视系统的应用,较详细的测量技术将陆续讨论之。

(一)放大器增益、频率响应与被动组件特性的测量

在有线电视或通信系统使用大量的放大器与分接器(Tap)、接头、同轴电缆等被动组件,组件质量的好坏严重影响信号的特性,因此事先的筛选有助于保证信号的质量。工作原理是利用频谱分析仪的追踪产生器,评估待测件(DUT)的频率反应特性,测量的结果可由绘图仪(Plotter)获得书面的数据。测量频率的范围事先一次设定,一次获得其对应的关系曲线,大大减少以前利用示波器及函数产生器不同频率逐点测量的操作程序。利用频谱分析仪本身追踪产生器(Tracking Generator)的功能,其产生扫瞄信号经DUT 传送到频谱分析仪的RF 接收端,由DUT 的频率响应和短接线的测量响应,相互比较之,亦可得到该DUT 的介入损失(Insertion Loss),同理,推而广之,将不难得到其它相关组件的频率响应测量(注:任何量测均须先正常化测量系统,以消除测量误差)

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(二)通讯监测

无线通讯因频谱使用的规定,必须使用高频,经由天线收发信号,使用频谱分析仪配合天线相当容易侦测目前通讯信号的强度与载波的频率,在屏幕上信号源的频率、数量及振幅一览无遗,如使用方向性天线,二组量测设备将能粗估信号源的地区,这也是相关单位取缔非法传送电波(例如非法广播电台等)的主要侦测技术。由测量的频谱分析仪得知在125 MHz、 380 MHz、 750 MHz、 1200 MHz等频率有人正使用中,根据频谱分析仪显示的信号高度,可判断其对应的输出功率值,另外依据需要可将频谱分析仪之扫描频宽适当地调整(如缩小),做较精细的选择,以评估该地区干扰信号的状况,此法可做某地区设计通讯电台或各行动通讯系统基地台的参考。由方向性天线的调整测量得最高的信号振幅即可依天线的方向性判定信号源的方向,邻近如再有乙组监测装置,两组天线方向的交叉点即为信号源的位置,即可立刻侦知发射源的位置。当然,进行多次测量更能准确得到发射源的地点。

有线电视(CATV)顾名思义是以线缆(如同轴电缆或光缆)传送视讯信息到用户家中的工程,由于科技的发展,为了减少挖马路埋线缆施工的困难及降低成本,已有提议开放微波传送或透过卫星的功能,以Spot 的方式传送到订户家中,目前美国华纳影片公司已发射具有150个频道视讯的卫星以服务北加州附近的民众,显然缆线、微波与卫星传送视讯的方式已并存服务社会大众,让收视户有更多元化的选择。CATV 系统的主要功能为传送影像节目与数据,并保持系统的正常运作,顺序传输80 ~ 100个或更多频道视讯和用户终端数据检索控制信号的适时反应等双向交互式服务的功能。在CATV 系统中包括种类繁多的视频信号,例如电压与电流振幅,增益、频率、功率等其中增益、功率大多以对数值表示之。而RF 信号的振幅、频率可由一般仪器(如示波器)量测之,信号相位(Phase)则由向量示波器(Vector Scope)量测,所谓向量示波器是具有极稳定之环形时基示波器,它可用以核对两信号间的时间延迟。另外频谱分析仪亦为CATV 信号测量不可缺少的电子设备。

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