频谱分析仪简史(80年代之前)

2016-08-17 13:05:26来源: eefocus
至少在80年代以前,整个频谱分析仪市场都由HP引领。

 

信号源曾今是HP的第一个产品。“40年代早期,HP车库”图片里的Dave Packard 用300A波形分析仪测试205AG信号发生器。

HP 在1964年推出了频谱分析仪。这个市场原本属于“Polarad”和“Panoramic”。这两个公司都生产分析仪,大多数是Klystrons作为第一本振的单独波段、手动调谐接收机。第二本振是扫频,提供了100MC扫频宽度。项目工程师Art Fong被安排制造HP分析仪,革命性的变化其是将扫频功能作为第一本振。 使用向后波振荡器(BWO)作为第一本振,使得可标记的2000MC扫描宽度成为可能。

HP8551A 第一次亮相实在1964年8月。1965年的目录这么介绍“微波频谱分析仪的全新概念”。

第一台校准的频谱分析仪

851A/8551A频谱分析仪通过同轴输入覆盖了10MC到10GC的频率范围,通过外部的波导混频器和适配器覆盖了8.2~40GC。

校准的频谱宽度从100kC~2GC。这么宽的频谱使得宽的分离信号和和宽的频谱,单一信号、失真产品的详细检查成为可能。

信号幅度由0~60dB的RF衰减器(10dB步进),外加80dB的IF衰减器(1dB步进)控制。校准,显示动态范围60dB.

HP 8551A频谱分析仪是Bill Hewlett在1983年编写的“机会的创新”一书中认为最为成功的产品之一。

“在写这篇文章之前,频谱分析仪已经流行了很久。HP产品之前,这些仪器有一些非常实际的问题和限制。比如,谐波和杂散信号会经常导致不稳定的结果。另外,对于频率参考不够准确,动不动就需要校准。最后,他们是窄带的,需要一系列插件调谐器覆盖感兴趣的频段。,新方法、新工具的开发迫在眉睫。

解决之道是采用改进的后向波振荡器,给出“干净的信号”。一个本地的生产商为我们设计了符合要求的、频率覆盖了2~4GHz范围并且电压可调的管子。低噪声的2GHz IF放大器、10MHz~4GHz直接频率可由和4Ghz的镜像频率隔离开来,轻易获得超过0.4GHz的频率。10MHz石英晶体振荡器的使用使得调谐和扫频时获得1%的准确度是可行的,也可以在扫频宽度和速度改变时为优化分辨率而自动选择波段。对数显示可以获得60dB的动态范围。

仪器带来了频谱分析仪的革命,并开启了许多新的应用。”

下一个十年

Art Fong理念的下一个演变是产生了70年代HP最为广泛的产品线。 140系列示波器主机和855x频谱分析仪插件系列为HP的品牌提升带来了重要的贡献,直到HP35口袋计算器的诞生。

855x系列1968年随着8552A和8553L配对插件以及141S显示部分开始生产。刚开始被称为“全校准频域测量系统”“很容易使用以及转变成示波器。”频率覆盖了1kHz~110MHz,应用包括音频,视频,和IF放大器,导航辅助,电信表,复用基带,以及商业AM、FM、TV、和陆地移动通信。

1969年8月推出的8554L RF插件,将频率上限扩展到UHF波段,使用YIG调谐固态第一本振覆盖了0.5~1250MHz的频率范围。第一次可以在全波段内单次扫频,并保持了110MHz插件的平坦,动态范围和绝对幅度校准。

1971 年9月,调谐部分覆盖了10MHz~18GHz(8555A),低频部分覆盖了20Hz~300kHz(8556A)和2个追踪信号发生器(8443A,0.1~110MHz)和(8444A,0.5~1300MHz)被生产出来。

自动频谱分析仪

1972年,HP的首台计算机、第二代合成器,855x 频谱分析仪插件家族界面,组成了第一台自动化频谱分析仪系统。

最初,这套系统被用在两个行业。一个是“频谱监测”,包括站点调查,系统监测,电子一致性测试,和一些电子智能的应用。另一个是“激励/响应测试”,包括经常在放大器,混频器,调制器,复用器,晶振,接收机和发射机的联合等应用上进行的频域测试。

这些非常昂贵的自动频谱分析仪系统在开始的时候只存在于有限的市场,但是每一个构成部分,包括计算机,界面和软件都是由HP“内部制造”。这些多样的,内部know-how使得HP比其他自动频谱分析仪有着显著的领先优势。计算机的下一个显著改进时集成和数字工艺的引入,最终导致了70年代之前8566,自动微波频谱分析仪的诞生。

8580A 系统

8580A以及非线性器件的激励/响应测试系统

低频,低价,自动化

1975年,面向中小型公司的低价,音频和射频自动化频谱分析仪出现。

推动这个的因素有几方面。首先是1972年推出的第二代HP 桌面计算器(9810/20/30)。其次是“IEEE 488”接口的出现,这个接口就是著名的HP-IB,今天更出名的称呼是GPIB。HP-IB此后也成为HP每一台可编程仪器的标准配置。

3571A是第一台这样子的频谱分析仪。覆盖了10Hz~13MHz范围,使用外部可编程合成器作为第一本振,带有信号追踪功能。3320B合成源是最便宜的解决方案,3330A/B给出了改进的准确度和快的测量速度。不同分析仪和合成源的组合形成了3044A和3045A自动频谱分析仪。

尽管频谱在低端,但是这些仪器开创了使用合成源作为本振,带来了准确度的革新,使用计算机带来了数据处理和显示数据的新途径。

左上 3320B,左下3571A,右9810

1973年,HP3580A

整个70年代,HP推出了各种各样的频谱分析仪,以满足不同市场和不同客户的需求。数字电路的兴起,LED的发明,极大推动了产品的发展。3580A便是这样的一款模拟频谱分析仪,频率范围5Hz~50kHz。

3580A的重大改进是可以数字存储显示信息。这样显示可以通过数字内存在普通CRT上快速刷新,这一点对于模拟存储和慢扫速来说就算是利用最好的CRT也会有问题。其次通过使用“适应扫描”的技术减少了扫描时间。这项技术给通常位于噪声或阈值电平纸上的频谱带来了领先。当信号位于阈值之下时,加快扫描是可能的。当信号搞过阈值时,扫描慢下来以再现全响应。这在扫描速度上获得了尽可能多的幅度改进。

再次,RBW低至1Hz,这在当时是最好的,使得分离非常接近的频谱成为可能,也简化了噪声分析。所有这些特性加起来,使得3580A成为非常出色的低频频谱分析仪。

1975,HP 8558B

HP 8558是为了简化操作而设计的全校准频谱分析仪。这同样是一个基于180 系列示波器主机的插件设计。

分析仪频率覆盖了100kHz~1500MHz的范围,LED读出功能带来了更准确的频率测量。绝对幅值校准和大的显示屏使得精确的电压和功率测量成为可能。通过耦合控制,操作只需3个旋钮,这极大了简化了操作。低价和便携性使得8558B广泛成为台式和站点维护的仪器,主要应用于电信和有线电视。

1978 HP 8565A

8565A覆盖了10MHz~22GHz(使用外部混频器可到40GHz),内建了YIG预选滤波器。在0.1~22GHz的范围内,以2个Span进行6个微波波段之一靠近的快速信号定位分析。

窄Span内的全自动化稳定性减少了残留FM和漂移。标准RBW从1kHz到3MHz。选件100提供了100Hz和300Hz的IF带宽滤波器。

CRT,LED显示了在中心位置评估信号所需的所有相关设置。数据可以显示在CRT上。2年后的8569B改进了8565的性能,全HP-IB可编程和数字存储显示代替了可变余晖的模拟CRT。

1978,HP 8568A

随着微控制器的出现,基于微控制器的仪器不仅使得数据分析带来了显著改进,而且还提供了控制更加复杂和强大的测量硬件崭新方式。8568A便是第一台这样的频谱分析仪,覆盖了100Hz~1500MHz,合成源控制调谐,RBW细致10Hz在全部调谐范围内,90dB对数显示,杰出的频谱纯度,带有显示信息的数字存储。HP-IB使得8568A成为生产线,无人值守的频谱调查等类似应用的功能强大而极具性价比的频谱分析仪。

8568是一台绝对值得回忆的频谱分析仪,已经初步具备了现代频谱分析仪的所有特征。1978年在巴黎展出时曾引起了极大的轰动,参观者欣喜若狂,不敢相信自己的眼睛,解说者只讲得口干舌燥,分外卖命。在8568A上首次出现的Marker-Peak Search-Marker Center Freq-Zoom功能在模拟频谱分析仪从未出现过。一年后,HP又推出了具有同样性能,但频率已经扩展到22GHz的微波频谱分析仪。

8568A在巴黎的展会上。

1979年,HP 3582A

HP 3582A是介于信号和频谱分析边缘的双通道,实时分析仪,集成了传递函数测量功能,覆盖了0.02Hz~25kHz。这是第一台提供实时频谱功能的分析仪,借助于FFT微处理器和网络分析仪,具有独立的双通道输入。

注:此处的信号分析仪跟现在所提的信号分析仪有很大区别,当时的信号分析仪主要面向音频和振动分析,而现在的信号分析仪是在频谱分析仪的基准上发展而来,专门进行射频信号,调制信号分析的比频谱分析仪高级的多的仪器。 

关键字:频谱分析仪  测试系统

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016081716779.html
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