现代电子测量(五)

扫描时间（ST）与扫频范围（span）、分辨率带宽 （RBW）的关系为：
ST K span / RBW
2
对于平顶（接近矩形）滤波器，10 ≤ k ≤ 20
对于同步调谐模拟滤波器，k=2～5。对于利用数 字信号处理的频谱分析仪，k≤ 1。
频谱分析仪的动态范围
频谱分析仪的动态范围主要受输入混频器的失真 特性、系统的宽带噪声门限（灵敏度）和本地震荡 器的相位噪声三个主要因素制约。
频谱分析仪的显示技术
显示方式 对于利用数字式显示的频谱仪，不管在CRT上用 多少个数据点来表示曲线，每个点也只能代表某 个频率的数值。
频谱分析仪的显示技术
显示方式
利用数字式显示的频谱仪，显示方式主要有瞬 时采样方式和正峰值采样方式两种；
频谱分析仪的显示技术
显示方式—瞬时采样方式 采样的点数越多， 显示效果越好，但 点数是有限制的； 采样方式是显示 随机噪声很好的方 法。
频谱分析仪的频率分辨率
影响频谱分析仪频率分辨率其它因素： 本振相位噪声 相位噪声是限制频谱 分析仪分辨不等幅信号 的因素之一； 分辨两个频率接近的 不等幅信号的但前提条 件是：相位噪声不能掩 盖小信号。
频谱分析仪的扫描时间
扫描时间是指扫描一次整个频率量程并完成测量 所需要的时间，也称分析时间；
影响频谱仪频率分辨率的因素有中频滤波器带 宽、本振的剩余调频和本振的相位噪声，中频滤 波器带宽是起主要作用的因素。
频谱分析仪的频率分辨率
中频滤波器的参数 中频滤波器的参数主要有：
半功率带宽及有效噪声宽 波形因子
频谱分析仪的频率分辨率
滤波器的半功率带宽及有效噪声带宽
半功率带宽即为3dB带宽； 当理想的矩形滤波器在矩 形曲线下的面积与实际滤波 器特性曲线下的面积相等时， 矩形的宽度即为实际滤波器 有效噪声带宽； 常用3dB带宽来代替有效噪 声带宽。
频谱分析仪的显示技术
显示平滑技术 —视频滤波
当视频带宽等于或小于分辨带宽时，扫描时间变 为： ST＝K·span／（RBW·VBW）
式中，VBW为视频滤波器的带宽。
频谱分析仪的显示技术
显示平滑技术 —视频平均
在这种方式下，要扫描两次或更多次后才能完成 逐点的平均过程，在每个扫描点上，将目前的测量 值平均后再加到先前已经平均的数据上，从而得到 新的平均值，即： Aavg＝〔（n-1）／n〕An-1十（l／n）An 式中， Aavg 为新的平均值， An-1 为前次扫描的平均 值，An 为目前扫描的测量值， n 为目前的扫描次数。
频谱分析仪的显示技术
显示平滑技术 频谱分析仪显示的是 信号加内部噪声。
频谱分析仪的显示技术
显示平滑技术
为了减少噪声对所显 示信号幅度的影响，需 要对显示结果进行平滑 或平均处理 。
频谱分析仪的显示技术
显示平滑技术 —视频滤波 频谱分析仪视频滤 波器用来实现平滑；
平均或平滑的程度 和视频带宽与分辨带 宽之比有关； 比值少于0.01时， 平滑的效果非常明显， 比值较大时效果不明 显。



频谱分析仪的分类
模拟式、数字式、模拟数字混合式； 实时型、非实时型； 恒带宽分析、恒百分比带宽分析； 单通道型、多通道型； 高频、低频。

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频谱分析仪的分类
实时频谱分析仪和非实时频谱分析仪

所谓实时分析，是指在长度为 T 的时间内完成了 频率分辨率达到1／T Hz的谱分析；
频谱分析仪使用中的问题
第一级混频器过载造成的失真 在频谱分析仪的输入端有很多信号的情况下， 尽管每个信号的幅度都较低，也有可能使第 1 级 混频器过激励。 假定共有N个信号，每个信号的幅度为U1，总的 信号幅度为U，则：
U2=NU12
或用dBmV为单位来表示：
U／dBmV=U1／dBmV＋10lgN
信号低于系统噪声 如果被测的信号幅度低于系统噪声，这时减少衰 减量或者增加放大量都不能使信号幅度变大，但可 采取如下措施： 减少分辨带宽和视频滤波器的带宽； 采用视频平均技术也能把噪声“平均掉”；
频谱分析仪使用中的问题
信号幅度和噪声电平非常接近 当一个信号的幅度和周围的噪声电平接近时， 测出的信号幅度可能高出其准确值几个dB之多； 信号的幅度很大时，比周围的噪声电平高出 10dB以上，噪声的贡献可以忽略不计，这时测出 的信号幅度就很接近于它的真实值；
测量范围 测量范围是在任何环境下可以测量的最大信号与最 小信号的比值； 可以测量的信号的上限由最大安全输入电平决定， 大多数为30dBm（1W）； 可以测量信号的下限由灵敏度决定，并与最小分辨 带宽有关，一般为-115dBm到-135dBm，因此测量范 围为145dB到165dB； 但在输入有+30dBm的信号时，是不可能同时看到135dBm的信号的。
频谱分析仪使用中的问题
信号幅度和噪声电平非常接近时
信号比噪声大10dB 以下时的幅度修正
频谱分析仪使用中的问题
不正确的分辨带宽
要想分析出被测信号中的细节，分辨滤波器的 带宽必须足够窄；
要想使峰值功率读数正确，分辨滤波器的带宽 应该等于或大于被测信号的带宽。
频谱分析仪的频率分辨率
滤波器的选择性带宽 能反映相差60dB的两 个信号f1与f2之间的最 小频率间隔即为滤波器 的选择性带宽； 滤波器的波形因子指 标反映了频谱仪能区分 幅度相差很大的(60dB) 两个频率分量的能力。
频谱分析仪的频率分辨率
影响频谱分析仪频率分辨率其它因素： 本振剩余调频 频谱仪LO的稳定性也 是影响频谱分析仪的分 辨率的一个因素； 在频谱分析仪上所看 到的最小分辨带宽，在 一定程度上是由LO的稳 定性决定的。
频谱分析仪使用中的问题
第一级混频器过载造成的失真
当输入信号的幅度超过了混频电路的最大线性 范围时，其输出的幅度就会比正常值低，并且由 于交调或谐波失真而产生出许多不需要的信号； 对于一般的频谱分析仪，加到第一级混频器上 的最佳信号幅度约为+17dBmV；
频谱分析仪使用中的问题
第一级混频器过载造成的失真



配接天线后用作场强仪，用于EMC测量；
网络测量；

频谱分析仪的发展

早期的频谱分析仪只是一个具有几个档级滤波器式 的频谱监视器 ； 现代高频频谱仪已变为扫第一本振，扫频宽度大大 提高，称为全景频谱分析仪。 80年代出现了模块化频谱分析仪，有些机型还具有 EMC、CATV、GSM900的测量功能； 在低频端又有实时频谱分析仪一大类，目前实时频 谱分析仪的概念又发展到了高频端。
频谱分析仪的显示技术
显示方式—瞬时采样方式 在分析正弦信号时 就可能出现问题； 右图显示的是实际 上等幅梳状信号。
频谱分析仪的显示技术
显示方式—瞬时采样方式 当分辨带宽比采样间隔小时，采样方式会丢失信 号，造成错误的结果。
频谱分析仪的显示技术
显示方式—正峰值采样 正峰值采样方式显示在每个单元中出现的最大值； 正峰值采样显示方式确保不管分辨带宽和采样单 元的宽度之比是多少，都不会丢失谱线； 正峰值采样显示方式不适合随机噪声，因为这种 方式只捕捉噪声的峰值。
频谱分析仪的动态范围
显示范围
频谱分析仪的显示范围（显示动态范围）是指经过 校准后CRT显示的幅度范围；
注意：在大多数情况下频谱仪最下面的刻度是未经 校准的，最下面的刻线代表信号幅度为0，所以最下 面的分度覆盖了相对于参考电平（顶线）-100dB到∞的范围（对于100dB显示范围的频谱仪）。
频谱分析仪的动态范围
频谱分析仪使用中的问题
信号比频谱仪的噪声门限低
使低于频谱分析仪噪声门限的低电平信号升高 的方法：
去掉所有的内部RF衰减；
去掉所有的外部RF衰减； 减少分辨带宽和（或）视频滤波器的带宽。 采用视频平均技术，其特点是不需要减少带宽； 打开频谱分析仪内部的前置放大器；
频谱分析仪使用中的问题
频谱分析仪的频率分辨率
滤波器的带宽反映了它 能区分两个同样幅值的不 同频率信号的能力； 当两个频率间隔等于滤 波器带宽的等幅信号同时 输入频谱仪时，频谱仪 “正好”能将它们分开， 谱图上出现两个峰，峰谷 点之间差3dB
频谱分析仪的频率分辨率
滤波器的波形因子
波形因于定义为滤波 器特性曲线两侧衰减达 60dB的带宽B60与3dB带 宽B3之比； 模拟滤波器的波形因 子一般为15:1，数字滤 波器的波形因子可以做 到5:1
现代电子测量（五）
频谱分析仪基本知识
本节课主要内容
频谱分析仪基本原理 频谱分析仪主要参数 频谱分析仪使用中的问题 频谱分析仪应用示例
频谱测量的概念

以频谱形式显示 出所测信号分解 的每个正弦波的 幅度随频率变化 的情况就是频域 测量。
频谱测量的概念
频谱分析仪的用途

信号的频谱分析；
信号的基本参数测量； 频率稳定度的测试；
频谱分析仪的分类
恒带宽分析与恒百分比带宽分析

恒带宽分析为线性频率刻度，适用于周期信号的 分析和波形失真分析； 恒百分比带宽分析所得频谱的频率轴采用对数刻 度，具有较宽的频率覆盖，能兼顾低频与高频频 段的频率分辨率，适用于噪声类随机信号的连续 形式的谱密度分析。

频谱分析仪的频率分辨率
频率分辨率是频谱分析仪区分两个相邻输入正 弦信号的能力。
频谱分析仪的显示技术
显示平滑技术 —视频平均
频谱分析仪的显示技术
显示平滑技术
对于噪声或非常接近噪声的低电平正弦信号， 用视频滤波和视频平均的效果是一样的； 视频滤波所完成的平均是实时的； 对于特定的信号，两种平均方法可能得到完全 不同的结果。
频谱分析仪的显示技术
显示平滑技术
对于一个信号的频谱随时间而变，用视频滤波 则每次显示的均不同，而用视频平均方式则能够 得到更接近真实的结果。