RF频谱分析仪的基本原理
频谱分析仪的工作原理和使用方法ppt课件
3.2 选择性
3 dB
3 dB BW
60 dB 60 dB BW 60 dB BW 3 dB BW
节到混频器的最佳信号电平，已防止发生混频压缩和失真。 信号经过预选器和低通滤波器进入混频器。 信号经过混频后，在其输出端有原来的信号、本振信号，两个输入信号 的和频信号/差频信号，以及其他高次谐波信号。通常我们取其差频信号， 称之为中频信号。 中频滤波器滤出中频信号并进行放大。 中频信号经检波和视频滤波后加到显示器上进行显示，视频滤波器的作 用是对显示屏上所显示的扫迹进行平均或平滑。 频谱仪所显示的谱线是被测信号叠加上频谱仪内部的噪声的总效应。为 了减小噪声对信号幅度的影响，要对经检波后的信号进行视频滤波或视 频平均。 当所选择的视频带宽等于或小于所选择的分辨力带宽(RBW)时，视频电 路的响应已经跟不上中频电路信号的变化，因此对所显示的信号就进行 了平均和平滑，两者之间的比值越小，平滑的效果越好。 视频平均是智能频谱仪为平滑提供的另一种选择。它对多次扫描的数据 逐点进行平均，因此显示的谱线更加平滑。
镜像频率干扰
频谱仪是一台超外差式接收机，它
的混频器是宽带的，因此在用频谱 仪测量信号时除了出现所需的信号 频率谱线外，还会显示出不需要的 镜像频谱。如图所示只要满足;，条 件时，和都会出现在频谱仪的显示 屏幕上，这就是镜像频率干扰。 有两种方案可以抑制镜像频率响应 的干扰：采用预选器和上变频的高 中频。
3.1 分辨力带宽 (RBW)
混频器 3 dB BW
输入频谱
3 dB
检波器
LO
本振
中频滤波器/分辨率带宽滤波器 扫频
分辨率 带宽 显示
3.1 分辨力带宽 (RBW)
10 kHz RBW 3 dB
频谱分析仪的原理及应用
频谱分析仪的原理及应用（远程互动方式）一、实验目的：1、熟悉远程电子实验系统客户端程序的操作，了解如何控制远地服务器主机，操作与其连接的电子综合实验板和PCI-1200数据采集卡，具体可参照实验操作说明。
2、了解FFT 快速傅立叶变换理论及数字式频谱分析仪的工作原理，同时了解信号波形的数字合成方法以及程控信号源的工作原理。
3、在客户端程序上进行远程实验操作，由程控信号源分别产生正弦波、方波、三角波等几种典型电压波形，并由数字频谱分析仪对这几种典型电压波形进行频谱分析，并对测量结果做记录。
二、实验原理：1、理论概要数字式频谱分析仪是通过A/D 采样器件，将模拟信号转换为数字信号，传给微处理器系统或计算机来处理和显示，与模拟仪器相比，数据的量化更精确，而且很容易实现存储、传输、控制等智能化的功能。
电压测量的分辨率取决于A/D 采样器件的位数，例如12位A/D 采样的分辨率是1/4096。
在对交流信号的测量中，根据奈奎斯特采样定理，采样速率必须是信号频率的两倍以上，采样频率越高，时间轴上的信号分辨力就越高，所获得的信号就越接近原始信号，在频谱上展现的频带就越宽。
本实验系统基于虚拟仪器构建，数字频谱分析仪是通过PCI-1200数据采集卡来实现的。
通过虚拟仪器软件提供的网络通信功能，实现客户端与服务器之间的远程通信。
由客户端程序发出操作请求，由服务器接受并按照要求控制硬件实验系统，然后将采集到的实验数据发给客户端，由客户端程序进行处理。
频谱分析仪是在频域进行信号分析测量的仪器之一，它采用滤波或傅立叶变换的方法，分析信号中所含各个频率份量的幅值、功率、能量和相位关系。
频谱仪按工作原理，大致可分为滤波法和计算法两大类，本实验所用的数字频谱分析仪采用的是计算法。
计算法频谱分析仪的构成如图1所示：图1 计算法频谱分析仪构成方框图数据采集部分由数据采集部分由抗混低通滤波（LP ）、采样保持（S/H ）和模数转换（A/D ）几个部分组成。
什么是频谱分析仪,频谱分析仪的工作原理是什么,频谱分析仪怎样使用？
什么是频谱分析仪，频谱分析仪的工作原理是什么，频谱分析仪怎样使用？什么是频谱分析仪？频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。
它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。
现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，能分析1赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。
仪器内部若采用数字电路和微处理器，具有存储和运算功能；配置标准接口，就容易构成自动测试系统。
频谱分析仪的工作原理以及应用方面推广：频谱分析仪的组成及工作原理图1所示为扫频调谐超外差频谱分析仪组成框图。
输入信号经衰减器以限制信号幅度，经低通输入滤波器滤除不需的频率，然后经混频器与本振（LO）信号混频将输入信号转换到中频（IF）。
LO 的频率由扫频发生器控制。
随着LO频率的改变，混频器的输出信号（它包括两个原始信号，它们的和、差及谐波，）由分辨力带宽滤波器滤出本振比输入信号高的中频，并以对数标度放大或压缩。
然后用检波器对通过IF滤波器的信号进行整流，从而得到驱动显示垂直部分的直流电压。
随着扫频发生器扫过某一频率范围，屏幕上就会画出一条迹线。
该迹线示出了输入信号在所显示频率范围内的频率成分。
频谱仪各部分作用及显示信号分析输入衰减器：保证频谱仪在宽频范围内保持良好匹配特性，以减小失配误差;保护混频器及其它中频处理电路，防止部件损坏和产生过大的非线性失真。
混频器：完成信号的频谱搬移，将不同频率输入信号变换到相应中频。
在低频段（《3GHz）利用高混频和低通滤波器抑制镜像干扰;在高频段（》3GHz）利用带通跟踪滤波器抑制镜像干扰。
本振（LO）：它是一个压控振荡器，其频率是受扫频发生器控制的。
其频率稳定度锁相于参考源。
扫频发生器：除了控制本振频率外，它也能控制水平偏转显示，锯齿波扫描使频谱仪屏幕上从左到右显示信号，然后重复这个扫描不断更新迹线。
频谱分析仪基础解析
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
2020/11/7
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
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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。
频谱分析仪的工作原理及操作
五、 操作：
(一) 硬键、软键和旋钮：这是仪器的基本操作手段。1、 三个大硬键和一个大旋钮：大旋钮的功能由三个大硬键设定。按一下频率硬键，则旋钮可以微调仪器显示的中心频率;按一下扫描宽度硬键，则旋钮可以调节仪器扫描的频率宽度;按一下幅度硬键，则旋钮可以调节信号幅度。旋动旋钮时，中心频率、扫描宽度(起始、终止频率)、和幅度的dB数同时显示在屏幕上。2、 软键：在屏幕右边，有一排纵向排列的没有标志的按键，它的功能随项目而变，在屏幕的右侧对应于按键处显示什么，它就是什么按键。3、 其它硬键：仪器状态(INSTRUMNT STATE)控制区有十个硬键：RESET清零、CANFIG配置、CAL校准、AUX CTRL辅助控制、COPY打印、MODE模式、SAVE存储、RECALL调用、MEAS/USER测量/用户自定义、SGL SWP信号扫描。光标(MARKER)区有四个硬键：MKR光标、MKR 光标移动、RKR FCTN光标功能、PEAK SEARCH峰值搜索。控制(CONTRL)区有六个硬键：SWEEP扫描、BW带宽、TRIG触发、AUTO COVPLE自动耦合、TRACE跟踪、DISPLAY显示。在数字键区有一个BKSP回退，数字键区的右边是一纵排四个ENTER确认键，同时也是单位键。大旋钮上面的三个硬键是窗口键：ON打开、NEXT下一屏、ZOOM缩放。大旋钮下面的两个带箭头的键STEP配合大旋钮使用作上调、下调。
(三) 测试准备：1、限制性保护：规定最高输入射频电平和造成永久性损坏的最高电压值：直流25V，交流峰峰值100V。2、 预热：测试须等到OVER COLD消失。3、 自校：使用三个月，或重要测量前，要进行自校。4、 系统测量配置：配置是测量之前把测量的一些参数输入进去，省去每次测量都进行一次参数输入。内容：测试项目、信号输入方式(频率还是频道)、显示单位、制式、噪声测量带宽和取样点、测CTB、CSO的频率点、测试行选通等。配置步骤：按MODE键——CABLE TV ANALYZER软键——Setup软键，进入设置状态。细节为tune config调谐配置：包括频率、频道、制式、电平单位。Analyzer input输入配置：是否加前置放大器。Beats setup拍频设置、测CTB、CSO的频点(频率偏移CTB FRQ offset、CSO FRQ offset)。GATING YES NO是否选通测试行。C/N setup载噪比设置：频点(频率偏移C/N FRQ offset)、带宽。
(工作分析)频谱分析仪工作原理和应用
（工作分析）频谱分析仪工作原理和应用频谱分析仪工作原理和应用《频谱分析仪工作原理和应用》原始文档本章除了说明频谱分析仪工作原理、操作使用说明之外，也将其应用领域范围作详细的介绍，尤其应用于天线特性的量测技术将有完整说明。
本章的内容包括：本章要点1-1概论1-2频谱分析仪的工作原理1-3频谱分析仪的应用领域实习一频谱分析仪1-1概论就量测信号的技术观之，时域方面，示波器为一项极为重要且有效的量测仪器，它能直接显示信号波幅、频率、周期、波形与相位之响应变化，目前，一般的示波器至少为双轨迹输出显示装置，同时也具有与绘图仪连接的 IEEE-488、IEEE-1394 或 RS-232 接口功能，能将屏幕上量测显示的信息绘出，作为研究比较的依据，但它仅局限于低频的信号，高频信号则有其实际的困难。
频谱分析仪乃能弥补此项缺失，同时将一含有许多频率的信号用频域方式来呈现，以识别在各个频率的功率装置，以显示信号在频域里的特性。
图 1.1 说明方波在时域与频域的关系，此立体坐标轴分别代表时间、频率与振幅。
由傅立叶级数(Fourier Series)可知方波包含有基本波(Fundamental Wave)及若干谐波(Harmonics)，信号的组合成份由此立体坐标中对应显示出来。
低频时，双轨迹模拟与数字示波器为目前信号时域的主要量测设备，模拟示波器可量测的输入信号频率可达 100 MHz，数字示波器有 100 MHz 与 400（或 500）MHz 等多种。
屏幕上显示信号的意义为横轴代表时间，纵轴代表信号电压的振幅，用示波器量测可得到信号时间的相位及信号与时间的关系，但无法获知信号失真的数据，亦即无法获知信号谐波分量的分布情况，同时量测微波领域(如 UHF 以上的频带)信号时，基于设备电子组件功能的限制、输入端杂散电容等因素，量测的结果无可避免地将产生信号失真及衰减，为解决量测高频信号上述的问题，频谱分析仪为一适当而必备的量测仪器，频谱分析仪的主要功能是量测信号的频率响应，横轴代表频率，纵轴代表信号功率或电压的数值，可用线性或对数刻度显示量测的结果。
频谱仪原理及使用方法
频谱仪原理及使用方法频谱仪是一种用来分析信号频谱的仪器，它能够将信号的频谱分解为不同频率成分的幅度或相位信息，从而提供了对信号频谱特性的详细了解。
频谱仪广泛应用于无线通信、音频处理、雷达系统、天文观测等领域。
一、频谱仪原理：频谱分析基于信号的傅里叶分析原理，将时域中的信号转换为频域中的频谱信息。
频谱仪的工作原理主要包括三个步骤：采样、转换和显示。
1.采样：频谱仪通过将信号进行采样，将连续的时域信号转化为离散的时序数据。
采样定理要求采样率必须大于信号的最大频率，以确保不会发生混叠现象。
2.转换：采样的信号需要通过电子转换器进行模拟到数字的转换。
最常见的转换方式是快速傅里叶变换（FFT），它可以将时域信号转换为频域信号。
3.显示：转换后的频域数据通过显示单元在频谱仪的屏幕上进行显示。
频谱仪通常可以显示频谱的幅度信息或相对相位信息，用户可以根据实际需要选择不同的显示模式。
二、频谱仪使用方法：1.连接设备：首先将待分析的信号源与频谱仪相连，可以通过电缆连接、无线连接等方式进行。
2.设置参数：根据需要设置频谱仪的采样率、带宽、分辨率等参数。
采样率和带宽的选择需根据信号的特点进行调整，以保证能够正确捕获信号的频谱信息。
3.观测目标：确定待测信号的特点和需求，如频率范围、幅度范围等。
根据实际需求选择适当的显示模式和触发模式，并调整触发电平、触发延时等参数。
4.分析信号：开始对信号进行分析，根据实际需要选择合适的时间窗口、分辨率、峰值保持等参数，以获取准确的频谱信息。
5.解读结果：根据频谱仪显示的频谱图，观察信号的频率分布和幅度特征。
可以通过缩放、平移、峰值等功能，对结果进行详细的分析和解读。
6.数据处理：对采集到的频谱数据进行处理，可以进行谱线拟合、峰值提取、频偏校正等操作，得到更准确的频谱信息。
7.存储和输出：频谱仪通常具有数据存储和输出功能，可以将频谱数据保存到存储器中，并通过接口将数据输出到计算机或其他设备进行后续处理或记录。
频谱仪原理
video filter
视频检波器和显示器
视频检波器的作用是通过对 信号取平均来平滑显示器输 出
使得微弱信号更容易读出
减小随机噪声的影响
CRT display
其带宽由VBW（Video BandWidth）控制
显示器相当于超外差式收音 机的扬声器
如果信号使得混频器过载发生 失真，那么显示器上的显示结 果就不会正确
扫描调谐式频谱分析仪（Swept-tuned）
大多采用超外差式，其工作原理和超外差式接收机基本类同
‘外差’就是变频/混频的意思
傅立叶变换频谱分析仪（Fourier）
首先对时域的信号数字化，然后进行 快速傅立叶变换（FFT），并显示变 换后各频谱分量
可分析单次出现信号 可同时获得测量信号的幅度和相位 目前技术条件下，其频率范围、灵敏度 和动态范围都不如超外差式频谱分析仪
人耳和脑的组合就是一个工作良好的频谱分析仪， 它将音频分解并确定每个分量的强度，可以在嘈杂 的噪声基底中捕捉到希望听到的声音频率 医生对患者的心音听诊，通过对心跳和呼吸声音的 分析，判断是否有问题
频谱分析并非奇异，只是我们没有无法用眼睛 来看到频率特性曲线而已
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频谱分析如果用于信号，则是频谱分析仪的主要功能；如果用于 分析网络系统，则是网络分析仪的主要功能。
典型例子
正弦波在频域内是一 根谱线 方波在频域内是无穷 根谱线，谱线间的距 离固定为方波周期的 倒数 一个瞬变过程的频谱 是连续的 冲击函数的频谱是平 的
需要无穷大的能量才 能产生一个冲击
8 射频电路测试原理
时域分析仪器对应示波器和时域反射计
清华大学电子工程系
李国林
雷有华
2005春季学期
二、频谱仪