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MSA338便携式频谱仪

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发表于 2009-11-14 19:07:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
一、简介与用途
频谱仪主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性,俗称幅频特性。
从这一点看,频谱仪与扫频仪类似,在显示的二维图中,横轴都是频率。
不过,扫频仪都是模拟的,刻度的准确性低,分析能力差;而频谱仪可调参数多,大多是数字化了的,而且纵轴是对数化了的输入信号强度,这样动态范围就非常宽。

MSA338是日本Micronix在几年前推出的为数不多的手持频谱仪之一。体积小、紧凑、耗电低、可以用电池,因此便于用在台式频谱仪所达不到的地方。
购买的具体日期忘记了,看照片是2005年。购买价格忘记了,日本现在厂家建议零售价为398,000日元。
配置是标配,有主机、电源、软套、说明书。
原厂链接,现在还在卖 http://www.micronix-jp.com/list/product.html

以下是我去年在台湾参加一个展览拍的,是新版。左边的是彩色的MSA438,右边的是扩充频率的MSA358
14.jpg

Micronix是日本的原厂家,这是我的频谱的实拍照片:
12.jpg
13.jpg

但是,这宽\款频谱很popular(大众化),因此有德国HAMEG的贴牌版
11.jpg

还有一个BK Precision版,连Micronix的字样也不见了
10.jpg


频谱仪到底有啥用?我是业余爱好,说不好,摘录几个人家的说明:
MSA338 是一种高可靠的频谱分析仪,而且它的性能和功能可以和台式频谱仪相比,但它是一种紧凑,轻量,便宜的型号。
1、信道功率测量 在特定的频带中心和带宽的区域里,它可以测量功率之和(即彩色区域)。简言之,它可以测特定频带的总功率,当然它也可以测量噪声能量。
0M1.gif

2、相邻信道功率测量 它可以测量相邻信道泄漏的能量作为在特定频偏和频带的范围内的功率对应的载波功率之比。无论高能量带和低能量带的泄漏都可以测量。近一步,就分类定义的载波功率而言,这种测量方法更容易从三种测量方法中选择出来,也就是:总功率法,参考电平法和带内法。
0M2.gif

3、占用带宽测量 它可以测量占用频率带宽,这个带宽也就是比波峰低Xdb 的带宽或是说占总功率N(%)的带宽。
0M3.gif

4、电场强度测量 它可以通过连接一个偶级天线到输入连接器的途径来测量电场强度。偶级天线的使用是非常有效的。比如天线M301主要针对的是PDC 1500MHz 的波段测量。提供的不同的天线适合不同波段测试。
0M4.gif
0M4A.gif   

5、磁场强度测量 MSA338可以利用CP-2S探头在大规模IC附近或在PCB上测试局部磁场强度。
0M5a.gif
0M5b.gif   

6、最大保持 校正频率数值被和上一时间的 X 轴的每点作比较,较大的一点将被保留,并显示扫描次数可以设定的2~1024 次,它可以观测脉冲信号和频率漂移。

7、最小保持 校正频率数值被和上一时间的 X 轴的每点作比较,较小的一点将被保留,并显示扫描次数可以设定的2~1024 次。

8、平均值 每次扫描都会执行简单的平均处理,平均值的次数可以设定为2~256 次每步,隐藏在噪声中的信号万分能够被计算出

9、自动范围调节 带宽分辨率,视频带宽和扫描时间的自动设定带宽分辨率,视频带宽大扫描时间中的一两个量。

10、保存和载入
它能够保存 100 个踪迹和100 个计划,第次载入只能是一个踪迹和一个计划。当需要很多数据并且它们要随后才计算时,或是它要和已得到的数据比较时,这项功能才能用到。通过RS-232C,保存的数据就可以传输到PC 机上了。

11、在 PC 机上的高分辨率显示 尽管频谱可以在水平轴上以 250 点显示在频谱分析仪上,但在仪器中,每次扫描都获取1000个点。当利用“ PC Software MAS300"选件时,就可以将1000 个点传输到PC 机里(最大传输率为38,400bps),并且显示在计算机上。图象变得更加清楚,而且,频谱的分析过程就可以通过计算机。



附:MSA338的大体指标
频率范围 50kHz~3.3GHz
设定范围 0Hz (0 范围), 200kHz 到2GHz (1-2-5 步)和3.3GHz (满量程)
选择性 1:12 (名义上的)@3dB:60Db
视频带宽 100Hz 到300kHz(1-3 步), 关和自动
SSB 相位噪声 -90dBc/Hz (典型)@100kHz 偏移量
参考电平 +10 到-40dBm 在1dB 的档
平均噪声电平 -110dBm(典型)@RBW:3KHz,VBW:100Hz
显示刻度 10dB/div,2dB/div
输入损坏电平 +20dBm(CW average power), 25VDC
输入连接器 SMA(J)
扫描时间 10ms~30s (1-3),自动

操作温度 0~40℃(保证在23±10℃)
操作湿度 ≤40℃/80%RH(至少保证在≤33℃/70%RH)
存储温度 -20℃~60℃, ≤60℃/70%RH
体积 162(W)×70(H)×260(D)mm(凸起部分和竖立情况除外)
重量 大约1.7 公斤(包括电池)


总之,感觉这个频谱最大的优势,就是便携,可以拿到山顶等高处,或者希望去的地方进行现场测量。即便对于室内用途,能够拿到不同的房间,甚至到一个房间的不同位置,测试内容和结果也都是有区别的,这对于台式频谱是不太可能的或者不现实的。
另外,可以方便的链接笔记本电脑,实时控制,实时采集数据,显示分辩也提高到1k×1k,而且是彩色的,测试结果(原始数据)可以永久保存,也可以提取数据进行深加工(例如3D显示)
08.jpg
当然,手持的频谱,由于空间有限,性能肯定要受影响,比如操作的方便性,本底噪音,测量速度/刷新速度等,都不如台式的。另外,这个频谱也不带跟踪源,也没有这选件。


补充一下频谱仪典型显示和参数
09.gif
横轴是频率,CENTER 1200.000MMHz是说中心频率,SPAN 100.0kHz是展频,即频率宽度,也就是说,频率显示范围是1199.95MHz到1200.05MHz。
RES BW 1kHz,就是RBW=1kHz,解析频宽也叫分辨带宽,一般以3dB带宽来表示,代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的最低频宽差异。
VBW=1kHz,即视频频宽(Video Bandwidth),也叫显示带宽,代表单一信号显示在屏幕所需的最低频宽,通常VBW 的频宽小于或等于RBW。
SWP 300msec,扫描时间300毫秒。与万用表采样时间类似,快了少丢失信号,但性能不好。好的频谱可以做的既快又好。
REF 0 dBm,参考电平0dBm,这个是说最上面的横线的电平。要注意,频谱都是以这条线为起点,不是以最下面的为起点。
10 dB/,每格电平10dB,由于第一格是0dBm,因此第2格就是-10dBm,第3格就是-20dBm,最下面以格就是-100dBm。
ATTEN 10dB,这个是输入衰减。也可以输入放大。
MKR 1199.9986MHz  -17.30dBm,这个是标记点(Marker)的数据。标记点是可以调节的(自动、半自动、手动),图中的标记点位于波形的最高峰。
 楼主| 发表于 2009-11-14 19:07:13 | 显示全部楼层
二、内部图片

悬下后盖螺丝,一分为二。上半部数字与显示,下半为模拟

悬下后盖螺丝,一分为二。上半部数字与显示,下半为模拟

模拟部分

模拟部分

去掉前置放大铝模块后

去掉前置放大铝模块后

   

局部,点击可见大图

局部,点击可见大图

模拟板反面

模拟板反面

模拟板下面的电源板

模拟板下面的电源板

数字板

数字板

显示板

显示板
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 楼主| 发表于 2009-11-14 19:07:22 | 显示全部楼层
三、信号与天线

扫频仪的信号,可以来自某发生器、仪器,但由于频谱仪灵敏度一般很高,可以来自天线,用来直接测试空中的电波频谱。
天线一定要宽频的、全频的。

这个是钻石D220 Discone天线(盘锥天线),100MHz-1600MHz的全波段,很适合频谱仪用

这个是钻石D220 Discone天线(盘锥天线),100MHz-1600MHz的全波段,很适合频谱仪用

32a.jpg

如果是外出携带,这个钻石SRH789比较合适。也是宽频段、可伸缩、可折叠。

如果是外出携带,这个钻石SRH789比较合适。也是宽频段、可伸缩、可折叠。

装在频谱仪上的效果,角度自然也可以改变

装在频谱仪上的效果,角度自然也可以改变
   


厂家配套生产了一些小天线,适合高频测试(0.8GHz到6.5GHz)
35.jpg
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 楼主| 发表于 2009-11-14 19:07:28 | 显示全部楼层
四、DIY锂电

买来的标配频谱,不带电池。电池是选件,不好买,价格9,500日元,是镍氢的,电压和容量未知,查说明书知道在背光关闭的情况下可以使用大约100分钟。
40.jpg

这个是原配的电源适配器/充电器,输入100-240V、输出5V、4A,电压比较低。
49.jpg

打开电池仓发现,里面的空间正好可以放下带保护板的4节18650电池,因此马上就想改成这样的锂电。
锂电的特点,一个是容量大,因此期望使用时间更长。另一个是自放电小,可以充满电后放几个月不会有明显损失,马上可用。镍氢的就不行了,时间一久就要现充,太麻烦,所以我的携带式仪表,能改的都改成了锂电。事实上,Micronix在其更新型号的手持频谱里,都采用了锂电。
41.jpg

改锂电的第一步,要弄清电池插口的6个脚的意义。测量后发现,外边4根为并联的+、-,中间的2根没有用途。因此,很简单的利用现成的老手机拆下的7.2V锂电两组进行并联,容量就是3600mAh。找到一个合适的插头,放进去正好。不过,由于没有更多的空间了,电池只能用薄透明胶带粘一下,不能用厚绝缘。好在电池仓是绝缘的,没有问题。开机使用,一切正常!终于可以成为名副其实的携带频谱了。
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利用外接数字电源从电池端口输入,测试了仪器在不同电压下的耗电曲线
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用电电流随输入电压的增高而下降,6.3V以上时电流<2.5A,因此显然是开关电源。在5V到8.4V之间耗电最小(不到7.5W,不过也够大的了),因此很适合两节锂电供电。有人问我为什么加了那么高的电压,这的确有点冒险。其实我开始加的电压比较低,后来发现内部电源是开关的,充电时开路就有7V,因此才逐渐提高电压。当然,实际使用时不会超过8.5V。

用了一段时间,非常好。充足电的锂电在开背光的场合可以使用130分钟,这还是1800mAh的电池,已经远超过原来的镍氢电池了。原配的电池从接线上看,并没有占据电池仓的全部位置因此体积较小。即便容量一样大,但由于电压低,所以电流就大,使用时间也不如锂电。
但也发现,改用锂电后最大的问题就是充电。原来的充电电路是给低压的镍氢电池用的,现在改成了较高的锂电,只能取出电池外部充电,很不方便。干脆把仪器拆开看,是否可以更改。电源板的局部照片如下,外接是5V的,用了MAX1771做升压,典型的Non-bootstrapped电路。经过测试,找到分压电阻,在100k(原理图R1、实际图R20)上并联了一个249k
44.jpg
   45.gif
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47.jpg

用假负载重新测试,这下电压提高了1.4V,达到8V以上了。尽管充电曲线不是很理想的恒流-恒压,但锂电是不挑剔的,只要不过压、过流就好。电压没有选的正好,一个是没有合适的220k电阻,另外也感觉电压稍微低一些也安全,没有过充、平衡的麻烦。
48.gif


又做了两组,这下就可以外出无忧了。
48.jpg
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 楼主| 发表于 2009-11-14 19:07:36 | 显示全部楼层
五、计算机接口

MSA338带有RS232接口,全功能双向传输。
50.jpg


不过,说明书没有协议/命令。即便有,自己操控也非常麻烦。
仪器出厂时自然考虑了这一点,有一个接口选件(含计算机软件光盘、232接口线),卖 15,800日元。当然,买到的标配频谱是不带的
51.jpg


232线很好办,关键是软件不好找,因为是收费的,而且拥有量非常少。不过,经过了几个月的艰难网上寻找,终于找到了软件!
52.gif

软件名称/版本是MAS300_V1_03c.zip,大小4.3M,如果有需要的,PM我。
官方网站也貌似有软件下载,但那只是1.11升级版,只有123k,必须有原来的1.03版才能用:
http://www.micronix-jp.com/Products/download/download.html


软件用起来很方便,基本不用看说明/帮助,只需要了解频谱仪的操作,菜单参数很类似。典型的显示曲线如下:
54.gif

我一般使用全屏功能,可见范围很宽,仪器LCD显示屏比较小只有250点,但实际采样是1001点,只有传输到计算机上才能发挥出全部潜能。
以下为两个截屏例子,点击可见大图。
55-taxi.gif
56-p.gif   


使用计算机的另一个好处,是可以吧数据分类保存,自然可以进行后续处理。
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 楼主| 发表于 2009-11-14 19:07:46 | 显示全部楼层
杂项

1、常见应用
----电磁辐射测试
----测试场强,尤其是相对场强。对数读数,直观。配合天线可相对测试,配合标准天线可绝对测试
----寻找新的频率的发射台。尽管可以用接收机扫频,但速度慢、有漏点
----寻找发射信号、干扰源泉。接上小天线,通过移动位置的方法寻找
----寻找远距离干扰信号。与定向天线配套,交叉定位,配个场强读数判断距离
----测试信号发生器的频谱纯度/谐波
----定时自动记录场强、对比分析
----背景噪音分析



2、使用体会
----RBW,3k分辨不够,10k合适,尽管稍有噪音。
----VBW,小的话很平滑但有用信号也小,1k为最小,3k合适,10k有些大
----Sweep,太小了噪音大,太大了慢
----有关Calc,也很有用
----Max hold, 可以用,尤其是对于很快消失的大信号可以捕捉,但噪音有上升的趋势
----Min hold, 很好用,尤其是对于信号持续的,噪音可以变得很小
----Average, 很好用,噪音有cancel很好,持续小信号很容易显示。
----Overwrite,对于瞬间大信号捕捉很有用。


3、数据分析
数据为二进制格式,扩展名.DAT
******头部******,
48字节,4字节为一个字共12个字
字1、
字2、
字3、
字4、中心频率。11字节到14字节?400M转成Hex为17D78400,而显示为0084d717, 500M为1DCD6500,而显示为00 65 cd bd 41
字5、Span, 500k为02,1M为03,2M为04
字6、Ref level, -60为C4 ff ff ff,-50为ce ff ff ff
字7、RBW,10k为01,100k为03
字8、VBW,3k为03,100k为06
字9、Sweep time. 0.1sec为02,1sec为04,3sec为05
字A、detection mode. Pos:0, Neg:1, SMPL:2
字B、Scale, 为多一个字节开始?。10db为0,2db为01
字C、不知道是什么。原始为01,改成02则显示超,改成00则VBW从3k变成100k同时显示为0
Calculation, Offset, Impendence 无作用

******中部*******
1001字节数据

******尾*******
55字节00

以下,为FM波段的某测试数据样本及做图
FMa.rar (1 KB, 下载次数: 4)
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 楼主| 发表于 2009-11-14 19:07:51 | 显示全部楼层
【全文完】
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发表于 2009-11-14 19:14:26 | 显示全部楼层
坐下来学习
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发表于 2009-11-14 20:15:23 | 显示全部楼层
进来看看
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发表于 2009-11-14 20:49:42 | 显示全部楼层
好东西
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