采用數(shù)字顯示,需要確定對(duì)每個(gè)顯示數(shù)據(jù)點(diǎn),應(yīng)該用什么樣的值來代表。無論我們?cè)陲@示器上使用多少個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)必須能代表某個(gè)頻率范圍或某段時(shí)間間隔(盡管在討論頻譜分析儀時(shí)通常并不會(huì)用時(shí)間)內(nèi)出現(xiàn)的信號(hào)。這個(gè)過程好似先將某個(gè)時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)都放到一個(gè)信號(hào)收集單元(bucket)內(nèi),然后運(yùn)用某一種必要的數(shù)學(xué)運(yùn)算從這個(gè)信號(hào)收集單元中取出我們想要的信息比特,隨后這些數(shù)據(jù)被放入存儲(chǔ)器再被寫到顯示器上。這種方法提供了很大的靈活性。
●取樣檢波
只選取每個(gè)信號(hào)收集單元的中間位置的瞬時(shí)電平值作為數(shù)據(jù)點(diǎn),這就是取樣檢波模式。為了使顯示跡線看起來是連續(xù)的,設(shè)計(jì)了一種能描繪出各點(diǎn)之間矢量關(guān)系的系統(tǒng)。跡線上的點(diǎn)數(shù)越多,就越能真實(shí)地再現(xiàn)模擬信號(hào)。
取樣檢波方式能很好的體現(xiàn)噪聲的隨機(jī)性,但取樣檢波方式并不適用于所有信號(hào),也不能反映顯示信號(hào)的真實(shí)峰值,當(dāng)分辨率帶寬小于采樣間隔(如信號(hào)收集單元的寬度)時(shí),取樣檢波模式會(huì)給出錯(cuò)誤的結(jié)果。采用取樣檢波模式時(shí),只有當(dāng)梳狀信號(hào)的混頻分量剛好處在中頻的中心處時(shí),它的幅度才能被顯示出來。
●(正)峰值檢波
確保所有正弦波的真實(shí)幅度都能被記錄的一種方法是顯示每個(gè)信號(hào)收集單元內(nèi)出現(xiàn)的最大值,這就是正峰值檢波方式,或者叫峰值檢波。
峰值檢波是許多頻譜分析儀默認(rèn)的檢波方式,因?yàn)闊o論分辨率帶寬和信號(hào)收集單元的寬度之間的關(guān)系如何,它都能保證不丟失任何正弦信號(hào)。不過,與取樣檢波方式不同的是,由于峰值檢波只顯示每個(gè)信號(hào)收集單元內(nèi)的最大值而忽略了實(shí)際的噪聲隨機(jī)性,所以在反映隨機(jī)噪聲方面并不理想。因此,將峰值檢波作為第一檢波方式的頻譜儀一般還提供取樣檢波作為補(bǔ)充。
●負(fù)峰值檢波
負(fù)峰值檢波方式顯示的是每個(gè)信號(hào)收集單元中的最小值。大多數(shù)頻譜儀都提供這種檢波方式,盡管它不像其他方式那么常用。對(duì)于EMC測(cè)量,想要從脈沖信號(hào)中區(qū)分出CW 信號(hào),負(fù)峰值檢波會(huì)很有用。另外,負(fù)峰值檢波還能應(yīng)用于使用外部混頻器進(jìn)行高頻測(cè)量時(shí)的信號(hào)識(shí)別。
●正態(tài)檢波
為了提供比峰值檢波更好的對(duì)隨機(jī)噪聲的直觀顯示并避免取樣檢波模式顯示信號(hào)的丟失問題,許多頻譜儀還提供正態(tài)檢波模式。
如果信號(hào)值在一個(gè)信號(hào)收集單元內(nèi)既有上升又有下降:則偶數(shù)號(hào)信號(hào)收集單元將顯示該單元內(nèi)的最小值(負(fù)峰值)。并記錄最大值,然后在奇數(shù)號(hào)信號(hào)收集單元中將當(dāng)前單元內(nèi)的峰值與之前(記錄的)一個(gè)單元的峰值進(jìn)行比較并顯示兩者中的較大值(正峰值)。如果信號(hào)在一個(gè)信號(hào)收集單元內(nèi)只上升或者只減小,則顯示峰值。這個(gè)處理過程可能引起數(shù)據(jù)點(diǎn)的最大值顯示過于偏向右方,但此偏移量通常只占掃寬的一個(gè)很小的百分?jǐn)?shù),一些頻譜分析儀,通過調(diào)節(jié)本振的起止頻率來補(bǔ)償這種潛在的影響。
峰值檢波最適用于從噪聲中定位 CW信號(hào),取樣檢波最適用于測(cè)量噪聲,而既要觀察信號(hào)又要觀察噪聲時(shí)采用正態(tài)檢波最為合適。
●平均檢波
雖然現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制方案具有類噪聲特性,但取樣檢波不能提供我們所需的所有信息。比如在測(cè)量一個(gè)W-CDMA 信號(hào)的信道功率時(shí),我們需要集成信號(hào)的均方根值,這個(gè)測(cè)量過程涉及到頻譜儀一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)收集單元的總功率,取樣檢波并不能提供這個(gè)信息。
雖然一般頻譜儀是在每個(gè)信號(hào)收集單元內(nèi)多次收集幅度數(shù)據(jù),但取樣檢波只保留這些數(shù)據(jù)中的一個(gè)值而忽略其他值。而平均檢波會(huì)使用該時(shí)間(和頻率)間隔內(nèi)的該信號(hào)收集單元內(nèi)所有數(shù)據(jù),一旦數(shù)據(jù)被數(shù)字化并且我們知道其實(shí)現(xiàn)的環(huán)境,便可以將數(shù)據(jù)以多種方法處理從而獲得想要的結(jié)果。
某些頻譜儀將功率(基于電壓的均方根值)取平均的檢波稱為 rms(均方根) 檢波。平均檢波功能包括功率平均、電壓平均和信號(hào)的對(duì)數(shù)平均。不同的平均類型可以通過按鍵單獨(dú)選擇:
※功率(rms)平均
功率(rms)平均是對(duì)信號(hào)的均方根電平取平均值,這是將一個(gè)信號(hào)收集單元內(nèi)所測(cè)得的電壓值取平方和再開方然后除以頻譜儀輸入特性阻抗(通常為 50 Ω)而得到。功率平均計(jì)算出真實(shí)的平均功率,最適用于測(cè)量復(fù)雜信號(hào)的功率。
※電壓平均
電壓平均是將一個(gè)信號(hào)收集單元內(nèi)測(cè)得的信號(hào)包絡(luò)的線性電壓值取平均。在 EMI 測(cè)試中通常用這種方法來測(cè)量窄帶信號(hào)(這部分內(nèi)容將在下一節(jié)做進(jìn)一步討論)。電壓平均還可以用來觀察 AM 信號(hào)或脈沖調(diào)制信號(hào)(如雷達(dá)信號(hào)、TDMA 發(fā)射信號(hào))的上升和下降情況。
※對(duì)數(shù)功率(視頻)平均
對(duì)數(shù)功率(視頻)平均是將一個(gè)信號(hào)收集單元內(nèi)所測(cè)得的信號(hào)包絡(luò)的對(duì)數(shù)幅度值(單位為 dB)取平均。它最適合用來觀察正弦信號(hào),特別是那些靠近噪聲的信號(hào)。
因此,使用功率為平均類型的平均檢波方式提供的是基于 rms 電壓值的真實(shí)平均功率,而平均類型為電壓的檢波器則可以看作是通用的平均檢波器。平均類型為對(duì)數(shù)的檢波器沒有其他等效方式。
采用平均檢波測(cè)量功率較取樣檢波有所改進(jìn)。取樣檢波需要進(jìn)行多次掃描以獲取足夠的數(shù)據(jù)點(diǎn)來提供精確的平均功率信息。平均檢波使得對(duì)信道功率的測(cè)量從某范圍內(nèi)信號(hào)收集單元的求和變成代表著頻譜儀某段頻率的時(shí)間間隔的合成。在快速傅立葉變換(FFT)頻譜儀中,用于測(cè)量信道功率的值由顯示數(shù)據(jù)點(diǎn)的和變?yōu)榱?FFT 變換點(diǎn)之和。在掃頻和FFT兩種模式下,這種合成捕獲所有可用的功率信息,而不像取樣檢波那樣只捕獲取樣點(diǎn)的功率信息。所以當(dāng)測(cè)量時(shí)間相同時(shí),平均檢波的結(jié)果一致性更高。在掃描分析時(shí)也可以簡(jiǎn)單地通過延長(zhǎng)掃描時(shí)間來提高測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性。
●EMI檢波器:平均檢波和準(zhǔn)峰值檢波
平均檢波的一個(gè)重要應(yīng)用是用于檢測(cè)設(shè)備的電磁干擾(EMI)特性。在這種應(yīng)用中,電壓平均方式可以測(cè)量到可能被寬帶脈沖噪聲所掩蓋的窄帶信號(hào)。在 EMI 測(cè)試儀器中所使用的平均檢波將取出待測(cè)的包絡(luò)并使其通過一個(gè)帶寬遠(yuǎn)小于 RBW 的低通濾波器,此濾波器對(duì)信號(hào)的高頻分量(如噪聲)做積分(取平均)運(yùn)算。若要在一個(gè)沒有電壓平均檢波功能的老式頻譜分析儀中實(shí)現(xiàn)這種檢波類型,需將頻譜儀設(shè)置為線性模式并選擇一個(gè)視頻濾波器,它的截止頻率需小于被測(cè)信號(hào)的最小 PRF(脈沖重復(fù)頻率)。
準(zhǔn)峰值檢波(QPD)同樣也用于 EMI 測(cè)試中。QPD 是峰值檢波的一種加權(quán)形式,它的測(cè)量值隨被測(cè)信號(hào)重復(fù)速率的下降而減小。也就是,一個(gè)給定峰值幅度并且脈沖重復(fù)速率為 10Hz的脈沖信號(hào)比另一個(gè)具有相同峰值幅度但脈沖重復(fù)速率為1kHz的信號(hào)準(zhǔn)峰值要低。這種信號(hào)加權(quán)是通過帶有特定充放電結(jié)構(gòu)的電路和由CISPR13 定義的顯示時(shí)間常量來實(shí)現(xiàn)。
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