频谱分析仪基础解析
频谱分析仪基础知识-性能指标及实用技巧
频谱分析仪基础知识性能指标及实用技巧频谱分析仪是用来显示频域信号幅度的仪器，在射频领域有“射频万用表”的美称。
在射频领域，传统的万用表已经不能有效测量信号的幅度，示波器测量频率很高的信号也比较困难，而这正是频谱分析仪的强项。
本讲从频谱分析仪的种类与应用入手，介绍频谱分析仪的基本性能指标、操作要点和使用方法，供初级工程师入门学习；同时深入总结频谱分析仪的实用技巧，对频谱分析仪的常见问题以Q/A的形式进行归纳，帮助高级射频的工程师和爱好者进一步提高。
频谱分析仪的种类与应用频谱分析仪主要用于显示频域输入信号的频谱特性，依据信号处理方式的差异分为即时频谱分析仪和扫描调谐频谱分析仪两种。
完成频谱分析有扫频式和FFT两种方式：FFT适合于窄分析带宽，快速测量场合；扫频方式适合于宽频带分析场合。
即时频谱分析仪可在同一时间显示频域的信号振幅，其工作原理是针对不同的频率信号设置相对应的滤波器与检知器，并经由同步多工扫瞄器将信号输出至萤幕，优点在于能够显示周期性杂散波的瞬时反应，但缺点是价格昂贵，且频宽范围、滤波器的数目与最大多工交换时间都将对其性能表现造成限制。
扫瞄调谐频谱分析仪是最常用的频谱分析仪类型，它的基本结构与超外差式接收器类似，主要工作原理是输入信号透过衰减器直接加入混波器中，可调变的本地振荡器经由与CRT萤幕同步的扫瞄产生器产生随时间作线性变化的振荡频率，再将混波器与输入信号混波降频后的中频信号放大后、滤波与检波传送至CRT萤幕，因此CRT萤幕的纵轴将显示信号振幅与频率的相对关系。
基于快速傅立叶转换（FFT）的频谱分析仪透过傅立叶运算将被测信号分解成分立的频率分量，进而达到与传统频谱分析仪同样的结果。
新型的频谱分析仪采用数位方式，直接由类比/数位转换器（ADC）对输入信号取样，再经傅立叶运算处理后而得到频谱分布图。
频谱分析仪透过频域对信号进行分析，广泛应用于监测电磁环境、无线电频谱监测、电子产品电磁兼容测量、无线电发射机发射特性、信号源输出信号品质、反无线窃听器等领域，是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具，特别针对无线通讯信号的测量更是必要工具。
通信系统基础实验报告
一、实验目的1. 理解通信系统的基本组成和功能；2. 掌握通信系统中的基本概念和原理；3. 熟悉通信实验设备的使用方法；4. 培养实验操作能力和分析问题能力。
二、实验内容1. 实验设备：通信系统实验箱、示波器、信号发生器、频谱分析仪等；2. 实验步骤：（1）搭建通信系统实验平台，包括调制器、信道、解调器等模块；（2）进行模拟调制实验，包括调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）；（3）进行数字调制实验，包括二进制移幅键控（BPSK）、二进制移频键控（BFM）和二进制移相键控（BPM）；（4）进行信道特性实验，包括噪声信道、多径信道和频率选择性信道；（5）进行信号解调实验，包括模拟解调、数字解调和相干解调；（6）进行眼图分析实验，观察信号波形和码间串扰情况。
三、实验结果与分析1. 模拟调制实验通过实验，观察到调幅、调频和调相三种调制方式下的信号波形。
分析结果表明，调制后的信号具有较好的频谱特性，能够满足通信系统的要求。
2. 数字调制实验实验结果显示，BPSK、BFM和BPM三种数字调制方式下的信号波形均满足通信系统的要求。
通过眼图分析，发现三种调制方式均存在一定的码间串扰，但可以通过调整调制参数来降低码间串扰的影响。
3. 信道特性实验通过实验，观察到噪声信道、多径信道和频率选择性信道对信号的影响。
分析结果表明，噪声信道会导致信号失真，多径信道会导致信号码间串扰，频率选择性信道会导致信号带宽受限。
4. 信号解调实验实验结果显示，模拟解调、数字解调和相干解调均能正确恢复出原始信号。
通过比较三种解调方式，发现相干解调在码间串扰严重的情况下具有更好的性能。
5. 眼图分析实验实验结果表明，未受码间串扰影响的眼图具有较为清晰的开口，而受码间串扰影响的眼图则由于符号间的干扰而导致开口变小，甚至闭合。
通过对比不同调制方式下的眼图，可以直观地观察到码间串扰对数字信号传输的影响。
四、实验总结1. 通过本次实验，掌握了通信系统的基本组成和功能，了解了通信系统中的基本概念和原理；2. 熟悉了通信实验设备的使用方法，提高了实验操作能力；3. 通过对实验结果的分析，加深了对通信系统性能的理解，为后续通信系统设计奠定了基础。
频谱分析仪的基础使用法
频谱分析仪的基础使用法一、使用前须知在使用频谱分析仪之前，有必要了解一下分贝(dB)和分贝毫瓦(dBm)的基本概念，下面作一简要介绍。
1．分贝(dB)分贝是增益的一种电量单位，常用来表示放大器的放大能力、衰减量等，表示的是一个相对量，分贝对功率、电压、电流的定义如下：分贝数：101g(dB)分贝数=201g(dB)分贝数=201g(dB)例如：A 功率比 B 功率大一倍，那么，101gA ／B=10182'3d B ，也就是说， A 功率比 B 功率大3dB，2．分贝毫瓦(dBm)分贝毫瓦(dBm)是一个表示功率绝对值的单位，计算公式为：分贝毫瓦=101g(dBm)例如，如果发射功率为lmw，则按dBm进行折算后应为：101glmw / 1mw=OdBm。
如果发射功率为40mw, 则10g40w / 1mw--46dBm。
二、频谱分析仪介绍生产频谱分析仪的厂家不多。
我们通常所知的频谱分析仪有惠普(现在惠普的测试设备分离出来，为安捷伦)、马可尼、惠美以及国产的安泰信。
相比之下，惠普的频谱分析仪性能最好，但其价格也相当可观，早期惠美的5010 频谱分析仪比较便宜，国产的安泰5010频谱分析仪的功能与惠美的5010差不多，其价格却便宜得多。
下面以国产安泰5010 频谱分析仪为例进行介绍。
1 ．性能特点AT5010最低能测到2.24uv，即是-100dBm。
一般示波器在Imv，频率计要在20mv以上，跟频谱仪比相差10000 倍。
如用频率计测频率时，有的频率点测量很难，有的频率点测最不准，频率数字显示不稳定，甚至测不出来。
这主要足频率计灵敏度问题，即信号低于20mv 频率计就无能为力了，如用示波器测量时，信号5％失真示波器看不出来，在频谱仪上万分之一的失真都能看出来。
但需注意的是，频谱仪测量的是高频信号，其高灵敏度也就决定了，要注意被测信号的幅度范围，以免损坏高频头，在 2.24uv-1V 之间，超过其范围应另加相应的衰减器。
无线电基础(第五版)习题册答案
《无线电基础（第五版）习题册》答案课题一无线电通信系统和信号传输任务1 认识无线电通信系统和无线电波一、填空题1．发送设备接收设备传输媒质2．波长频率波长频率3．20 Hz 20 kHz 340 m/s 很快很远4．3000 GHz以下频率频率5．300 k～3000 kHz 3 M～30 MHz 30 M～300 MHz6．中短超短超短微7．地天直射8．波长波长小波长小长中9．天波短10．差大短地波天波11．超短波地波天波直射波12．直射波高远13．地天反射直射反射直射14．基带15．基带高频振荡基带已调波16．基带载波已调波17．数学表达式波形图18．频率频谱分析仪19．抗干扰共地地线黑信号线测试钩红二、选择题1．D 2．A 3．D 4．B 5．D 6．B 7．C 8．C 9．A 10．A 11．B 12．B 13．D 14．A 15．D 16．A 17．C 18．B三、综合题1．答：无线电通信系统由发送设备、接收设备和传输媒质三大部分组成。
发送设备把发信者需要发送的原始信息先变换为电信号，再转换成高频振荡信号并由天线发射出去。
传输媒质是无线电通信系统中在发送设备和接收设备之间的物理通路。
接收设备先把从天线接收下来的无线电波转换为高频振荡信号，然后转换成低频电信号，再还原出原来传递的信息。
2．答：（1）无线电波是指频率为3000 GHz以下，在自由空间传播的电磁波。
（2）无线电波是一横电磁波，无线电波在真空中的传播速度与光速c相等，无线电波在自由空间或介质中传播具有直射、折射、反射、散射、绕射以及吸收等特性。
3．答：（1）无线电波一般分为甚长波、长波、中波、短波、超短波、微波等波段。
（2）无线电声音广播一般使用中波、短波和超短波波段，而电视广播一般使用超短波或微波波段。
4．答：无线电波的传播方式主要有地波传播、天波传播和直射波传播等三种。
5．答：（1）调制就是在传送信号的一方（发送端）将所要传送的基带信号搭载到高频振荡信号上的过程。
频谱仪基础(二)超外差频谱分析仪实现
频谱仪基础（二）超外差频谱分析仪实现在上一篇文章中，已经对频谱仪的基本原理进行了阐述。
在下面的一节中，给出基于超外差原理的频谱分析仪的组件，并且已9kHz~3GHz/7GHz频谱仪设计构架作为现代频谱分析仪的实际实现分析。
频谱仪是一个由各个重要的组件构成复杂的系统，包括RF、IF、低频、数据采集和处理显示部分，同时包括必备的逻辑程序和控制显示算法，共同构成了复杂的、数字化的、精密的混合系统，实现的总体框图如图1所示。
图1 超外差频谱分析仪总体框图在频谱仪的输入端，一个关键性标准是输入VSWR（驻波比），即输入VSWR会受到前端电路的高度影响，如前端的衰减器、输入滤波器和第一个混频器。
从总体框图的②中所示，前端的衰减的配置，可以为频谱仪提供了测试大功率信号的能力，同时衰减器的应用，使得输入到第一级混频的信号的幅度可调，以满足大信号输入第一级混频器的要求。
在实践应用中，可以设置为固定衰减和可调衰减组合的形式，以满足宽输入范围的应用，获得较大的输入动态范围。
在超外差的频谱分析仪结构中，输入信号通过衰减器，进行功率的衰减后，经过滤波后，输入信号，在混频器④（Mixer）和本振⑤（LO）帮助下，下变频至中频（IF）。
如果本振（LO）具有连续可调谐的较宽的输入频率范围，那么输出中频（IF）就是一个固定值。
从公式当中，对于任意的LO 和输入信号时，中频输（IF）出总是有两个频率（和频与差频），具体表现如图2所示。
这意味着除了所需的频率外，还有一个镜像频率。
为了确保所需的频率不受到镜像的干扰，选择合适的滤波器，必须把输入信号的镜像频率抑制在混频器④（Mixer）的射频输入之前，以保证中频信号不会出现混叠。
图2 超外差混频同时合理的中频选择是非常重要的，如图3所示，输入频率范围和镜像频率范围转换到低的中频（IF），如果输入信号频率大于两倍中频信号（IF），那么就会出现混叠，频谱上就分不清IF信号是输入变频而来还是镜像变频而来。
电子测量基础知识归纳
电子测量基础知识归纳1. 什么是电子测量电子测量是一种通过使用电子设备和技术来测量、检测和监控电信号、电流、电压和电气特性的过程。
它在许多领域中被广泛应用，例如电子工程、通信工程、自动化等。
2. 常见的电子测量仪器2.1 数字万用表数字万用表是最常见的电子测量仪器之一。
它可以测量电压、电流、电阻、频率等电气特性。
数字万用表使用数字显示屏，精度高，操作简单。
2.2 示波器示波器是用于显示电信号波形的仪器。
它可以实时显示电压随时间的变化。
示波器可用于观察信号的频率、幅度、相位等特性，以及检测电路中的故障。
2.3 频谱分析仪频谱分析仪可以将信号分解为不同频率的成分，并显示其幅度。
它被广泛用于无线通信、音频处理、信号调制等领域。
2.4 信号发生器信号发生器是用于产生各种电信号的仪器。
它可以生成不同频率、幅度和波形的信号，常用于电子实验、测试和调试。
3. 电子测量的重要性电子测量在现代科技发展中起着重要的作用。
它可以帮助工程师和科学家了解电子设备和电路的性能，并进行相关的研究和开发。
通过电子测量，我们可以确保电子产品的质量和可靠性，并及时发现并解决问题。
4. 电子测量的常见应用4.1 电路设计与测试在电路设计过程中，电子测量是不可或缺的。
它可以帮助工程师验证设计的正确性，并进行性能测试和优化。
电子测量还可以用于检测电路中的故障，方便故障排除和维修。
4.2 通信工程电子测量在通信工程中起着至关重要的作用。
它可以帮助工程师测试和监测信号的质量、传输效率和可靠性。
电子测量还可以用于调试和优化通信设备和系统。
4.3 自动化在自动化系统中，电子测量被广泛应用于监测和控制过程变量。
它可以帮助工程师实时获取传感器和执行器的数据，并进行有效的控制和调节，以实现自动化系统的稳定和优化。
5. 结论电子测量是现代科技不可或缺的一部分，它帮助我们了解和掌握电子设备和电路的性能。
通过使用常见的电子测量仪器，我们可以进行电路设计和测试，优化通信工程，实现自动化控制。
频谱分析仪基础知识
频谱分析仪基础知识一、频谱分析仪概述频谱分析仪是一种用于测量信号频率和功率的仪器。
它可以将输入信号转换为频率谱，以图形方式显示信号的频率成分。
频谱分析仪广泛应用于电子、通信、雷达、声音和医疗等领域。
二、频谱分析仪工作原理频谱分析仪的工作原理是将输入信号通过混频器与本振信号进行混频，得到中频信号，再经过中频放大器放大后送入检波器进行解调，最后通过显示器将频率谱显示出来。
三、频谱分析仪主要技术指标1、频率范围：指频谱分析仪能够测量的频率范围。
2、分辨率带宽：指能够分辨出的最小频率间隔。
3、扫描时间：指从低频到高频一次扫描所需的时间。
4、灵敏度：指能够检测到的最小信号幅度。
5、非线性失真：指由于仪器内部非线性元件所引起的信号失真。
6、动态范围：指能够同时测量到的最大和最小信号幅度。
7、抗干扰能力：指仪器对外部干扰信号的抵抗能力。
四、频谱分析仪使用注意事项1、使用前应检查仪器是否正常，如发现异常应立即停止使用。
2、避免在强电磁场中使用，以免影响测量结果。
3、使用过程中应注意避免信号源与仪器之间的干扰。
4、使用完毕后应关闭仪器，并妥善保管。
五、总结频谱分析仪是电子、通信等领域中非常重要的测量仪器之一。
它可以将输入信号转换为频率谱，以图形方式显示信号的频率成分。
在使用频谱分析仪时，应注意检查仪器是否正常、避免在强电磁场中使用、避免信号源与仪器之间的干扰以及使用完毕后应关闭仪器等事项。
了解频谱分析仪的工作原理及主要技术指标，对于正确使用它进行测量和调试具有重要意义。
随着科技的快速发展，频谱分析在电子、通信、航空航天等领域的应用越来越广泛。
频谱分析仪作为频谱分析的核心工具，在科研和工业生产中发挥了重要的作用。
本文将介绍频谱分析原理、频谱分析仪使用技巧，以及如何根据输入的关键词和内容撰写文章。
频谱分析是指将信号分解成不同频率的正弦波成分，并分析这些成分的幅度、相位、频率等特性的一种方法。
频谱分析可以用于测量信号的频率范围、识别信号中的谐波成分、了解信号的调制方式和判断信号的来源等。
振动及频谱分析基础培训
什么是振动加速度？
振动加速度被定义为振动速度的变化率，其单位是用有多少个g来表示。在海平面处＝2。由下图可见加速度最大值处是速度值最小值的地方，在这些点处质量块由减速到停止然后再开始加速。
图8 从振动时间波形中了解振动加速度
当一个机器的轴承座振动时，由于它连续不断地在前后运动中改变运动速度，所以它经受着力的加速作用。速度的变化率越大，也就是加速度值越大，施加在机器上的作用力也就越高。
停产一天的损失有多大？
300MW发电机组 损失电720万kWh，约￥144万元 30万吨化肥装置 损失化肥1000t， 约￥150万元 三峡2号水轮机组700MW 停机4小时损失￥400万元
先进维修制度的作用
保证机器精度，提高产品质量 减少意外停车引起的生产损失 防止事故，杜绝灾难性故障 减少维修时间和维修费用（人力和财力） 改善环境，改善企业形象 投资获得最大和最长远的回报
振动相位是一个振动部件相对于机器的另一个振动部件在某一固定参考点处的相对移动。也就是说振动相位是某一位置处的振动运动相对于另一位置处的振动运动，对所发生位置变化程度的度量。振动相位是一个很有用的设备故障诊断工具。如下图所示，给出了两个彼此同相位振动的系统，即两个振动系统以零度相位差运动。
图9 两个同相位振动的质量块振动系统
图23 在一台300RPM的风机上测量振动位移、速度、加速度的比较
振动为多大时认为超过了允许值？
注意在每一幅频谱图上，频率为300CPM处的峰值，这是工作转速频率（通常称为1X RPM)。然而，三个频谱图，从位移谱到速度谱再到加速度谱变化过程中，注意到1XRPM峰值变得越来越小。见图23A位移谱，显然1XRPM是占主导地位，而在图23速度谱中，它只比第2或第3个峰高一点，在加速度谱中1XRPM峰值几乎消失。 由图23可见，振动分析师能否在他的频谱图中看到极其重要的轴承故障频率，主要取决于他对测量幅值类型的选择。至于轴承故障频率4860CPM和9720CPM，你会注意到这个频率在速度和加速度谱图(图23B和图23C）中清楚可见，在4860CPM的左右等距离两侧存在着频率边带，频率边带的存在,一般说明存在轴承严重磨损问题，所以在频谱图中观察是否有频率边带的存在是很重要的。需要注意的是在位移频谱图中可以看出，几乎丢失了4860CPM的边带频率成分，甚至连轴承的第二个特征频率成分9720CPM也完全消失。其原因是，位移谱倾向于“放大”或强调低频振动而压缩高频成分（如图22所示）。另一方面加速度谱强调的是高频成分，倾向于压缩低频成分。
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1.频谱分析的基本概念 2. 频谱分析仪的基本原理 3. 频谱分析仪的基本指标 4. 影响频谱分析仪性能的因素
信号与频谱分析基本概念
信号的波形信息
信号的频域信息
信号的矢量域信息
2Hale Waihona Puke 示波器实现时域信号的实时测量，可以测量信 号的幅度，峰峰值，有效值，平均值，上升时 间，下降时间，周期，频率，脉冲宽度，脉冲 周期，脉冲超调量，振铃，稳态幅度，数字信 号的眼图，以及其它一些波形细节参数，是宽 带测量仪器，示波器的带宽，数字示波器的AD 采样频率决定了测量信号的最大带宽。
相位噪声显示和分辨率带宽RBW的设置有关。
本振相位噪声在频域上表现为信号频谱的噪声边带
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频谱仪测试的灵敏度
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影响频谱仪灵敏度的主要因素
衰减器设置
衰减器设置值 越大，噪声电 平越高。
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影响频谱仪灵敏度的主要因素
RBW
噪声电平随RBW按照
10logRBW1/RBW2
幅度
测量输入信号的动态范围- 可以测量的最大信号和最小信号 20log10(Vmax/Vmin)或者10log10(Pmax/Pmin)
灵敏度-可以检测的最小信号的功率 内部失真-可以检测的最大信号的功率
测试精度 幅度精度 频率精度
扫描速度
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频谱仪的主要性能指标
2020/11/7
频谱仪的主要参数设置
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非线性引起失真信号的变化规律
为减小频谱仪内部失真，混频器应尽量工作在低电平，应加大衰减 值。
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无失真测试动态范围
在内部失真和噪声电平之间进行折中。
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频谱分析仪动态范围指标定义
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提高频谱仪灵敏度的方法
1.RBW设置为最小。 2.衰减器衰减值设置为最小。 3. VBW设置为最小。 4.前置放大器的噪声系数最小。（增益大 于噪声系数）
规律变化
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影响频谱仪灵敏度的主要因素
VBW影响显示
VBW影响显示 噪声电平的方差， 减小VBW得到其 平均值， 减小VBW有利于 在噪声背景下检 测CW信号。
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频谱分析仪的性能指标
内部失真
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频谱分析仪产生内部失真的原因
混频器以及内部其它电路产生的非线性失真
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频谱仪的工作原理
输入衰减器，中频放大器
扩大输入信号的动态范围。保证输入到混频器的信 号幅度在一定范围内，防止混频器过载，增益压缩，信 号畸变。
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混频器
频谱仪的工作原理
频谱仪的工作原理
中频滤波器
RBW表示中频滤波器的带宽，可以影响频率选择性， 信噪比，频率扫描速度。在数字式频谱分析仪中由数字 滤波器实现。
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中频滤波器矩形系数的影响
频谱仪分辨不等幅信号的能力
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本振寄生调频对测量的影响
频率分析仪的最小频率分辨带宽，一定程度上由本 地振荡信号的稳定性决定。
寄生调频是描述本振稳定性的一个指标。
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本振相位噪声对测量的影响
相位噪声决定本振信号的线宽，决定对不同幅度的频率分量 的分辨能力。
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结论：1.RBW越小，数字滤波器的带宽越窄，频率选择性（频率 分辨率）越高。
2.RBW越小，等效噪声带宽越小，频谱仪的本底噪声越低， 检测微弱信号的能力越强。
3. RBW越小，在频率扫描宽度一定的前提下（SPAN一定 时），频率扫描的速度越慢。
因此根据输入信号的强度，频率检测的精度选择合适的RBW值。
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频谱仪的工作原理
包络检波器 作用是将中频信号转换成基带信号或视频 信号。
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频谱仪的工作原理
检波方式
数字化检波类型
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频谱仪的工作原理
视频滤波器
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频谱仪的主要性能指标
频率
工作频率范围- 测量信号的频率范围（最大频率，最小频率） 频率分辨率- 测量信号的最小频率间隔
数字调整信号 模拟调整信号
信号与频谱分析基本概念
信号与频谱分析基本概念
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信号与频谱分析基本概念
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信号与频谱分析基本概念
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信号与频谱分析基本概念
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信号与频谱分析基本概念
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信号与频谱分析基本概念
dB和dBm的定义
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扫频式频谱仪结构框图
频谱仪可以显示和测量输入信号的频谱分布和幅度。
频率显示范围
起始频率 终止频率 中心频率 频率跨度
频率显示分辨率
RBW 分辨带宽
电平显示范围
参考电平
扫描时间
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影响频率分辨率的主要因素
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RBW表示中频滤波器的3dB带宽
单点频信号在频率仪上测量显示结果为中频滤波器的频谱形状
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RBW对频谱仪分辨率的影响
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改变衰减器
来判断频谱仪测试结果的真实性。
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提高频谱仪幅度测量精度的方法
内部自校 设置参考电平，使被测信号电平尽可能接近参考电平 频响误差修正
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提高频谱仪频率测量精度的方法
计数器功能
计数器方式下，频谱仪频率测量精度和扫频宽度无关。
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附录
频谱分析仪测量信号的频率信息，包括频率，功 率，谐波失真，杂波干扰，信号的相位噪声谱， 器件的噪声系数高级的频谱分析仪还可以实现对 各种调整格式的解调。 包括ASK，PSK，FSK，QPSK，QAM，OFDM，画出 解调后信号的星座图（Constellation diagram）， 误差向量幅度（EVM），分析幅度和相位误差等。
矢量网络分析仪可以测量向量信号，包括信号的 幅度，相位，扫描系统或器件的传输幅频响应和 相频响应，测量驻波比，测量系统或器件反射系 数，特征阻抗，测量史密斯圆图等。
信号与频谱分析基本概念
信号与频谱分析基本概念
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信号与频谱分析基本概念
周期信号
单载波信号 扫描信号
非周期信号
瞬态信号 噪声信号
调制信号