【實作實驗室】頻譜儀變成示波器？原來零展頻這樣用

Posted By StrongPiLab on 1 月 3, 2019 in 實作派StrongPiLab, 教學文 | 0 comments

當頻譜儀的開始頻率與結束頻率相同，發生「零展頻」的情況，竟然與示波器的概念不謀而合？本篇文章實機操作，帶您一塊瞧瞧。

做研發的朋友應該很常用到頻譜儀，只要設定好 Start frequency 到 Stop frequency 的頻率範圍，就能看到頻段內的訊號；但是若開始頻率與結束頻率相同，也就是 Zero Span（零展頻）的時候，這代表甚麼意思呢？

混頻器 Mixer

先稍微帶一下頻譜的方塊圖，頻譜之所以能偵測到高頻的訊號功率，是因為有個混頻器 Mixer 把輸入頻率與本地震盪運算之後轉為中頻，才有機會畫在螢幕上，這個功能稱為降頻 Downconvert。

由於本地振盪器會不斷變化頻率，才能將待測頻段的訊號從 Start frequency 一路畫到 Stop frequency，因而得到頻譜軌跡 trace，換句話說你在 Span 設定的頻寬，就會是 Local generator 掃描的頻寬。

這部分的詳情請參考頻譜原理-Spectrum 內部構造簡介，牽涉到的通訊數學原理在 RF Mixer & RF Mixing / Multiplication Tutorial，這部分並沒有很難，大家不要看到數學就嚇到，你要學工程三角函數是基本，我先假設各位都懂這一部分，後面你們才看得懂。

頻譜方塊圖 Spectrum diagram（圖片來源：實作派提供）

我來舉個一般操作的例子，各位比較有感覺。若待測訊號範圍在1000MHz~1100MHz 之間，頻譜 Frequency 選項就需要設定 Start=1000MHz、Stop=1100MHz，而 Span 選項頻譜會同步幫你算好，也就是1100-1000=100MHz。以 Keysight 的頻譜 E4401B 來說，它的中頻在 2421.4MHz，若頻譜要畫出1000~1100MHz 的 trace，本地振盪器 LO 需要提供多少頻率呢？

• Start=1000MHz，LO=Input+IF=1000+2421.4=3421.4 MHz
• Stop=1100MHz，LO=Input+IF=1100+2421.4=3521.4 MHz

所以為了畫出 Start 到 Stop 間的頻譜軌跡，LO 需要從 3421.4MHz 一路掃到 3521.4MHz，才能完成工作。可能有人會問為何會有兩個中頻？我不知道，也許是要克服雜訊，也許要克服諧波，可以確定的是降到 100MHz 以下，一般電路會比較好處理。