HP8591C基本使用说明

HP8591C频谱仪CA TV常规操作

背景

频谱仪简介

顾名思义，频谱分析仪就是对信号的频域特性进行测量分析的一种

仪器，目前有两种：扫频外差式频谱仪和FFT分析仪（实时频谱仪1）。

扫频式频谱仪实质是一个中心频率在整个频率范围内可调谐的窄

带滤波器。当改变它的调谐频率时，滤波器就分离出特定的频率分量，

从而依次得到被分析信号的谱分量。因此，这种频谱仪所显示的频谱

图是多次调谐之后拼接的结果，分析带宽受限于窄带滤波器的带宽（通

常总是小于信号带宽），所以不能进行实时分析。

而FFT分析仪是在对信号采样之后，选择一定时间长度的离散采样

点进行傅立叶变换，从而得到频域信息。由于离散时域信号中已包含

了该时段内所有的频率信息，因此可以认为FFT的分析带宽与信号带

宽是匹配的，能够实现实时分析。

通常，扫频式频谱仪与FFT分析仪相比，具有较宽的频率范围，较

慢的扫描速度。HP8591C频谱仪就是这样一台扫频式频谱仪。

注释

*1所谓“实时”频谱仪，直观的理解是能够在被测信号频率变化之前完成测量、分析和显示，但它又不是指单纯意义上的测量时间短、速

T的时段内，完成频率分辨

率达到1/T的谱分析；或者待分析信号的带宽小于仪器能够同时分析

的最大带宽。显然，实时的概念与信号带宽及频率分辨率有关。在要

求的频段宽度范围内，如果数据采集、分析速度不小于数据变化速度，

这样的分析就是实时的；如果待分析的信号带宽过宽以至超过了最大分析带宽，则分析变成非实时的。（频谱仪的频率分辨率一般指的是该分析仪中频滤波器的最小3dB带宽，它表征了能够将最靠近的两个相邻频谱分量分辨出来的能力。外差式频谱仪的频率分辨率主要由中频滤波器的带宽决定，最小分辨率还受到本振频率稳定度的影响。而FFT 分析仪的频率分辨率和采样频率及FFT计算的点数有关：频率分辨率△f、采样频率fs和分析点数N三者之间的关系为△f＝fs/N 。）

扫频外差式频谱仪基本原理

频谱分析仪的功能是要分辨输入信号中各个频率成份并测量各频率成份的频率和功率。为了完成该功能，扫频外差式频谱分析仪主要采用超外差方式进行扫描—调谐，其特点是频率覆盖范围宽并且允许在中频（IF）进行信号处理

图1是扫频外差式频谱仪的基本原理框图。

图中的中频频率是输入信号通过与本振信号的和频或差频产生的，本振受斜波发生器的控制，在斜波发生器的控制下，本振频率将从低到高的线性变化。这样在显示时，斜波发生器产生的斜波电压加到显示器的X轴上，检波器输出经低通滤波器后接到Y轴上，当斜波发生器对本振频率进行

图1 扫描外差式频谱仪原理框图

扫描时显示器上将自动绘出输入信号的频谱。

频谱分析仪依靠中频滤波器分辨各频率成份，检波器测量信号功率，依靠本振和显示横坐标的对应关系得到信号的频率值。由图l可以看出，对频谱分析仪的灵敏度起关键作用的是衰减器、放大器、中频滤波器以及视频放大器，当所测信号与仪器底噪差值小于10dB时，需要对测量结果进行修正，即对测量结果要加上修正值，见表1。

表1 修正系数表

扫频式频谱仪三大基本设定（分辨率带宽、视频带宽和扫描速度（或时间））

用频谱仪对电信号进行测量时，为了减少测量误差，我们往往要根据所要测量的信号特点来设定仪器的分辨率带宽、视频带宽和扫描速度（或时间），这几项仪器参数设定是频谱仪使用中的三大基本设定。

上图中，中频滤波器的带宽决定了仪器的分辨率带宽，亦即频率分辨率。即是说，在一个滤波器的带宽频率范围内，出现了两条谱线的话，则仪器不能检出这两条谱线，而只显示一条谱线，此时仪器所

反映的谱线电平（功率）是这两条谱线的电平（功率）的叠加，因此会出现测量误差。所以，对于两条紧密相关的谱线，其分辨率取决于滤波器的带宽。

我们以测量载波电平为例，对仪器的分辨率带宽设置加以比较，图2是分辨率带宽分别是（由下到上）10HZ 、1KHZ 、3MHZ 的频谱曲线（输入为单个载波信号），在设置分辨率带宽时，我们考虑的是仪器是否

能充分响应输入信号时有足够的带宽，正确的方法是展宽滤波器的带宽，当在屏幕上观察到信号载波幅度不再增加时，就表示中频滤波器对输入信号的响应已有足够的带宽了。在图中我们看到，当分辨率带宽在1KHZ 到3MHZ 变化时，显示的信号幅度没有变化，这就可以认为1KHZ 带宽已经足够了。另外，分辨率带宽在1KHZ 和3MHZ 之间设置时，对于单个载波情况下的信号幅度没有变化，但是在实际测量CATV 系统图象载波电平时却不能将分辨带宽设为3MHZ ，这是因为在实际中图象载波附近存在相邻频道的伴音载波（相距1.5MHZ ），3MHZ 带宽则不能把相邻伴音载波的能量滤掉，这样相邻伴音载波的能量会加到正在测量的图象载波上，使测到的电平值比实际的高。

同样，分辨率带宽对噪声电平的影响亦是如此。使用窄的分辨率带宽时，噪声电平就低，使用宽的分辨率带宽时，噪声电平就高。

显示的噪声电平和分辨率带宽RBW 之间的关系是：

2

1log

10dB 分辨率带宽分辨率带宽）＝噪声电平变化（

在图1中的检波器之后的滤波器称为检波滤波器又叫视频滤波器，它是一个低通滤波器，它的作用可以减少检波器输出的噪声变化，对响应进行平滑，揭示一些已被掩盖且接近本底噪声的信号，如果是测量噪声功率，它还有助于稳定测量。对于同一噪声底部信号，采用宽带视频滤波器时噪声的波动较大，采用窄带视频滤波器时波动显著减少，两者的噪声平均值却一样，也就是说视频滤波器不会降低平均噪声电平，但能减少噪声的峰值电平，如图3、图4所示。因而能暴露出用较宽视频滤波器不能看到的低电平信号。但在某些情况下，如分析一些特殊的噪声信号时，我们则需要较宽的视频滤波器带宽，以便观察和分析，所以我们可根据不同的情况来设置视频滤波器的带宽。

视频带宽和分辨率带宽的关系是：检波前的噪声可以通过较窄的分辨率带宽来降低，从而降低检波器的噪声输出电平；检波后的噪声则通过窄的视频带宽来平滑减少噪声波动，但不能降低噪声的平均功率电平。

通常在测量时我们都希望仪器能以最快的速度显示相关测量的结果，那么我们是否可将扫描速度设得任意快呢？回答是否定的，我们知道任何电子电路都有不同的工作带宽，不同的带宽电路对信号的响应时间是不同的，通常带宽较宽的电路的响应时间比带宽较窄的电路的响应时间快。如果扫描速度过快，则电路来不及响应而产生显示误

差。在使用频谱仪进行信号测量时，我们常常设置不同的分辨带宽，因此仪器的扫描速度也应该进行相应的设置，这样才能减少仪器的显示误差。

对于使用频谱仪的用户来说，为了使测量处于最佳状态，理解扫描速度的限制虽然很有必要，但大多数频谱仪能自动选择扫描时间，只要用户选择自动档就能避免出现测量失误。例如HP8591C频谱仪，只要我们按下面板上的AUTO COUPLE（自动关联）键，仪器就能将分辨率带宽、视频带宽和扫描速度这三大测量参数进行自动关联设置，当要进行手动设置时，相关参数的左边会有一个“#”标志，表示该参数是手动设置的，如我们用手动设置分辨带宽为100KHZ，那么HP8591C 将显示：#RES BW 100KHZ。

HP8591C频谱仪有线电视测量

HP8591C频谱仪是原由美国惠普制造，现归安捷伦生产的一台可用于有线电视测量的扫频外差式频谱仪，其测量范围为1M～1.8GHz，可测量的输入信号总功率可达72dBmV（0.2W）。

HP8591C频谱仪面板

HP8591C频谱仪面板结构见图5。

图5 HP8591C频谱仪面板结构图

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由上图可以看出，HP8591C频谱仪上前面板上整体来说分为三个区：左边的显示（屏）区、右边的按键区和左下方的信号输入输出区。

显示区可实时显示测量过程与结果、各种设置参数以及菜单列（软键对应内容），也可显示存储的数据、曲线。

信号输入输出区包括INPUT（测量信号输入口）端口、CAL OUT（校正信号输出口）端口、TV IN（电视信号输入口）端口和存储卡的插入口等。

按键有两大类：一类为硬键，其功能固定，需通过具体菜单展开设置，主要集中在面板的右侧；另一类为软键（菜单执行按键），亦称轻触键，共6个，紧靠显示屏的右侧，其对应内容（菜单）随所选硬键而变化。

HP8591C频谱仪硬键说明

硬键分为以下几类：（如图5所示）

1．

2．WINDOWS（窗口区）按键：

进行扫描的起始频率、终止频率或中心频率的设置，可配合旋钮直接移动光标；

/跨度）——可调出有关扫频宽度设置的菜单，依据当前的中心频率左右等幅展宽的总宽度就是设置值，可配合旋钮直接移动光标；

进行输入全功率的调整，可配合旋钮直接移动光标；

可调出有关窗口设置的菜单；

（步进）键以及○。旋钮——可进行光标移动或数据输入的调整。

3．INSTRUMENT STATE（仪器状态区）按键：

/预置）——将仪器各种设置复位到预置状态；

行本地设置；

——调出仪器校正的菜单，需要连接频谱仪的校正输出口到频谱仪的测量信号输入口；

结果到RAM存储卡；

储卡中要调用的文件；

/自定义）——调出有关测量/自定义的菜单；

4．MARKER（光标控制区）按键：

配合旋钮直接移动光标；

旋钮直接移动光标；

例如取两个光标之间的频率或幅度差值、显示单位噪声功率等；

可直接捕捉带内尖峰，默认为幅度最大尖峰，可依据左移或右移选单依次读取下一尖峰。

5．CONTROL（控制区）按键：

辨率带宽、视频带宽；

设置测量时带宽、时间的关系；

/轨迹）——调出有关触发的菜单，对扫描曲线进行处理；

特性。

6．DATA（数据输入区）按键：

/退格键可直接输入。

GHz KHz GHz

、、、为单位键，在输完数值后使用，最后一个按键还可作“确认”键使用。

常用软键说明见通道测量菜单流程图。

HP8591C频谱仪测量状态分类

HP8591C作为有线电视分析仪工作时有两种测量状态：

●通道测量状态

●系统测量状态

通道测量状态用来进行逐个通道测量。即，可以在单一通道上进行单一测量。这也是作为有线电视分析仪时的最常规的使用模式。

系统测量状态用来建立测试方案，用户可在一个所选通道上或通道范围中执行所选（或所有）测量。在设定了这些测试方案之后，系统测量状态用来立即执行一个测试方案，或把测试安排到以后进行。测量结果可贮存到RAM存储卡上，发送到显示屏上观看，或在打印机上印出。

HP8591C频谱仪通道测量功能项目

通道测量可进行的项目及对应功能键见表2。

表2 通道测量功能项目

其中，载波电平和频率（CARRIER L VL&FRQ）、载噪比（CARRIER/NOISE）、复合二次差拍/复合三次差拍（CSO/CTB）为CATV最常用到的测试功能/项目。

实现这些功能，可按照下面的流程图来进行。见图6—9。

HP8591C频谱仪通道测量配置

1．选择设置（SETUP）键。如当前未显示该键，依次按模式（MODE）键、有线电视分析仪（CABLE TV ANALYZER）键，再到设置（SETUP）键。

2．按频道调谐（Channel Tuning）键，接着按STD AIR HRC T 键直到所需的格式由下划线标示出。再按前一菜单（Prev Menu）键返回设置菜单。

3．按幅度单位（Amptd Units）键。通过按dBmV或dBuV键选择期望的单位，再按前一菜单（Prev Menu）键返回设置菜单。4．按差拍设置（Beats Setup）键。

按系统差拍参考频道（SYS BTS REF CH）键，默认频道为HRC制式4频道。如果选择了通过频道/频率调谐（频道）（TUNE BY CH FREQ（CH）），也可以输入频道号，改变参考频道，或者输入视频载波的频率，如果已经选择了通过频道/频率调谐（频道）（TUNE BY CH FREQ（FREQ））。

按CSO频率偏移（CSO FREQ OFFSET）键，输入频率偏移量（偏离视频载波），默认为8.75MHz，用以进行期望的CSO测量。

按CTB频率偏移（CTB FREQ OFFSET）键，输入频率偏移量（偏离视频载波），默认为8.00MHz，用以进行期望的CTB测量。

然后按前一菜单（Prev Menu）键返回设置菜单。

5．按是否选通（GATING YES NO）键，GATING YES NO（YES）用于选通测量，GATING YES NO（NO）用于不选通测量。6．按载噪比设置（C/N SETUP）键。

按测量带宽（MESMNT BW）键，当前测量带宽就会显示，默认为5.00MHz，输入需要的值即可。

按载噪比频率偏移（CN FREQ OFFSET）键，输入频率偏移量（偏离视频载波的光标点位置），默认为1.25MHz，用以进行期望的载噪比测量

通道测量菜单流程图

注：*1选中以后输入频道号并确认才会出现下一级菜单。频道选择方法：选中频道选择(CHANNEL SELECT)键，用数字键输入频道号，并按确认（ENTER）键确认，进入下一级菜单，选A M FM)

图6 通道测量菜单流程图1

择频道类型（常规还是增补频道）即完成。想改变已有的频道号，

。旋钮

（步进）键以及○

调整。

图8 通道测量菜单流程图3

以下详细介绍常用测试方法。 输入全功率测试

要测量输入功率，依次按设置（STEUP ）、频谱分析仪输入（ANALYZER INPUT ）、全功率输入（TOTL PWR&INPUT ）三个键，全功率的数值就会显示在屏幕上的下方。

如果当前未显示设置（STEUP ）键，可按两次模式（MODE ）键，再选择有线电视分析仪（CABLE TV ANALYZER ）将其调出来。

加到频谱仪混频器的总功率（dBuV ）＝视频载波电平（dBuV ）+10log （频道数量）-输入衰减（dB ） 载波电平和频率测试

1．选择一个频道（通道），然后按Main 1 of 4 菜单页的载波电平和频率（CARRIER L VL&FRQ ）键，视频载波的峰值电平和视频－音频载波频率差将会显示出来。如图10所示。 2．测试点频率可通过频率开/关（FREQ ON/OFF ）键选择其是

(FM RADIO)

(Main 4 of 4)

图9 通道测量菜单流程图4

C

否显示。

3．可按10 100HZ频率分辨（FRQ RSNL 10 100Hz）键来选择10Hz或100Hz的读数解析。

4．当前频道测试结束，可按主菜单（MAIN MENU）键退出测试。

载噪比测试

1．选择一个频道（通道）。

2．将待测信号串联该所测频道的滤波器，加入频谱仪的INPUT 端口。

3．然后选择Main 1 of 4 菜单页的载噪比(CARRIER/NOISE) 键。4．观察屏幕中C/N（*.**MHZ）=***.**dB高亮显示部分的数据为所测C/N值。见图11。

5．选择平均开/关（A VERAGE ON/OFF）键，选择是否平均该值。

6．当前频道测试结束，可按主菜单（MAIN MENU）键退出测

试。

注意：当有线电视的噪声接近频谱仪的噪声时，载噪比测量的精度就会降低，这将在频谱仪的噪声修正值的等级上反应出

来，见表1。

复合二次/三次差拍(CSO/CTB)测试

1．选择一个频道（通道）。

2．将待测信号串联该所测频道的滤波器，加入频谱仪的INPUT 端口。

3．然后选择Main 1 of 4 菜单页的复合二次/三次差拍(CSO/CTB) 键，进入测试。

4．待屏幕右边软键菜单出现后，将输入信号关闭或断开。5．按下一差拍（NEXT BEAT）键来调整光标指示，使其分别指向-2.5,-1.75,CTB,+0.75各点，观察C/BEAT=**.*dB *.**MHZ offset中高亮部分的数值，即为所需值，CTB取CTB测试点数