频谱分析仪和矢量信号分析仪
频谱分析仪知识概述
频谱分析仪知识一、概述（一）用途频谱分析仪是频域测试领域使用最广泛的一类仪器，可以测量连续波、脉冲及调制等多种信号的频谱，可以测试信号的频率、功率、带宽、调制等参数，增加选件可以进行相位噪声、噪声系数、信道功率、矢量信号、网络参数、故障定位、电磁兼容等测试分析，广泛应用于通信、雷达、导航、频谱管理、信号监测、信息安全等测试领域，还可以用于电子元器件、部件和设备的科研、生产、测试、试验以及计量等。
（二）分类与特点频谱分析仪按其工作原理可分为非实时频谱分析仪和实时频谱分析仪两大类。
●非实时频谱分析仪特点非实时频谱分析仪按工作原理分为扫描调谐型、超外差型等，它们首先对输入信号按时间顺序进行扫描式调谐变频，然后对变频后的信号进行中频滤波、包络检波、视频滤波等处理，最终得到信号的频谱信息。
这种扫描式频谱分析仪在某一瞬间只能“观看”一个频率，逐次“观看”待测信号的全部频率范围，因此，它们只能分析在规定时间内频谱几乎不变化的周期重复信号。
但是，扫本振型超外差式频谱分析仪具有频率范围宽、选择性好、灵敏度高、动态范围大等多项优点，是目前用途最广泛的一类频谱分析仪。
●实时频谱分析仪特点实时频谱分析仪通过FFT变换，能同时观测显示其规定频率范围内所有频率分量，而且保持了两个信号间的时间关系（相位关系），使得它不仅能分析周期信号、随机信号，而且能分析瞬时信号和猝发信号。
实时触发、无缝捕获和多域分析是实时频谱分析仪的几个主要特点。
实时频谱分析仪可以很好地解决现代雷达和通信系统中出现的脉冲压缩、捷变频、直扩、跳频、码分多址和自适应调制等各种复杂信号的测试需求。
频谱分析仪按其结构形式可分为台式、便携式、手持式和模块（VXI、PCI、PXI、LXI等总线形式)等类型产品。
（三）产品国内外现状国内生产频谱分析仪的厂家主要有：中国电子科技集团41所、成都前锋电子、天津德力、北京普源精电、安泰信电子、苏州同创电子等单位。
中国电子科技集团41所拥有台式、便携式、手持式和模块产品，频率范围覆盖3Hz～50GHz（通过外扩频方式可到110GHz）。
频谱分析仪和信号分析仪的区别
在实验室和车间最常用的信号测试仪器是电子示波器。
人的思维对时间概念比较敏感,每时每刻都与时域事件发生联系,但是信号往往以频率形式出现,用示波器观察最简单的调幅载波信号也不方便,往往显示载波时看不清调制仪,屏幕上获得的是三条谱线,即载频和在载频左右的调制频。
调制方式越复杂,电子示波器越难显示,频谱分析器的表达能力强,频谱分析仪是名副其实的频域仪器的代表。
沟通时间一频率的数字表达方法就是傅里叶变换,它把时间信号分解成正弦和余弦曲线的叠加,完成信号由时间域转换到频率域的过程。
早期的频谱分析仪实质上是一台扫频接收机,输入信号与本地振荡信号在混频器变频后,经过一组并联的不同中心频率的带通滤波器,使输入信号显示在一组带通滤波器限定的频率轴上。
显然,由于带通滤波器由无源元件构成,频谱分析器整体上显得很笨重,而且频率分辨率不高。
既然傅里叶变换可把输入信号分解成分立的频率分量,同样可起着滤波器类似的作用,借助快速傅里叶变换电路代替低通滤波器,使频谱分析仪的构成简化,分辨率增高,测量时间缩短,扫频范围扩大,这就是现代频谱分析仪的优点了。
矢量信号分析仪是在预定,频率范围内自动测量电路增益与相应的仪器,它有内部的扫频频率源或可控制的外部信号源。
其功能是测量对输入该扫频信号的被测电路的增益与相位,因而它的电路结构与频谱分析仪相似。
频谱分析仪需要测量未知的和任意的输入频率,矢量信号分析仪则只测量自身的或受控的已知频率;频谱分析仪只测量输入信号的幅度(标量仪器),矢量信号分析仪则测量输入信号的幅度和相位(矢量仪器)。
由此可见,矢量信号分析仪的电路结构比频谱分析仪复杂,价位也较高。
现代的矢量信号分析仪也采用快速傅里叶变换,以下介绍它们的异同。
频谱分析议和FFT颁谱分析议传统的频谱分析仪的电路是在一定带宽内可调谐的接收机,输入信号经下变频后由低通滤器输出,滤波输出作为垂直分量,频率作为水平分量,在示波器屏幕上绘出坐标图,就是输入信号的频谱图。
泰克SignalVu软件可分析带宽达20GHz的RF信号——以独特的方式把矢量信号分析仪、频谱分析仪和数字示波
Ｌ ｅ ｉＲ ｎ，ｍａｅ ｌ ，ｗａ ｒ ｎ １ ８ ，ｉ ｓｅ ｔ ｄ ｎ ｆ ｓ ｂ ｎ ｉ ９ １ ｓ ａ ｍａ ｔ ｒ ｓ ｅ ｔ ｏ ｅ ｕ
主要研究方向为现代信号处理 ， 医学信号处理。 生物
Ｅ —ｍ ａｌ ｉ ：ｇ ｘ ｌ ｓｕ ｅ ｕ Ｃ ｙｉ ｔ ． ｄ ． Ｂ ＠
＿
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ｔｒ ｕ ｅ ｖｓ ｒ ｎ ｄ ｔ ｅ ｄ ａ ｆＥ ｇ ｎ ｅｉ ｇ Ｃ ｌ ｇ ，ｏ ｈ － ｏ ａ ｓ ｐ ｒｉｏ ，ａ ｅ ｏ ｎ ｉ ｅ ｒ ｏ ｅ ｅ ｆＳ ａ ｌ ｈ ｎ ｎ ｎ
ｔｕＵｎｖｒｉ ． ｏ ｉｅ ｔ ｓｙ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
李
韧 ： ，９ １ 出生 ， 头大学硕 士研究生 ， 男 １８ 年 汕 研究方
Ｓ ａ ｔｕ Ｕｎｖ ｒｉ ，ｈ ｓｒ ｓａ ｃ ｉｅ ｔ ｎ ｉ ｏ ｈ ｎｏ ｉｅ ｔ ｓｙ ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ｄ ｒ ｃｉ ｓｃ ｍｍｕ ｉａ ｏ ｉ－ ｏ ｎ ｃ ｔ ｎ ｓｇ ｉ
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。
设备检测实验室设备配置建议最新完整版
设备检测实验室设备配置建议最新HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】第十八章无线电设备检测实验室设备配置建议一、概述：无线电设备检测工作是无线电管理的一个重要方面，随着科学技术水平的飞速发展，无线电通信应用愈来愈广泛，各种无线电通信设备迅速增加，新技术、新体制、新设备不断涌现，越来越多的无线电通信技术在我国得以应用。
为了使有限的频谱资源能够科学地、有效地开发和利用，防止无线电设备本身产品质量不合格产生的各种有害干扰，从源头上减少无线电干扰信号，维护空中电波秩序，确保各种无线电设备正常进行，必须加强对各类无线电设备的管理，应积极开展无线电设备检测工作。
现阶段在我国应用的通信技术体制非常广泛，目前TDMA(GSM900/DCS1800/GPRS)、CDMA(cdmaOne)、PHS(小灵通)为代表的通信体制正在被中国移动、中国联通、中国电信、中国网通广泛的应用。
同时，第三代（3G）移动通信系统(cdma2000、W-CDMA、TD-S-CDMA、LAS-CDMA等)也正在紧锣密鼓的研究开发之中，在不远的将来可能得到应用。
在当前的数字时代，除电信运营企业全部采用数字调制技术实现运营网络的数据、语音、图象等的无线传输外，其它应用场合也越来越多地应用数字调制技术，如DBS直接广播卫星通信、数字集群通信、Bluetooh蓝牙数据传输、WirelessLAN无线区域通信等。
同时，各种新的系统如LMDS，WLAN，BLUETOOTH等不断投入使用。
必将对无线电设备检测工作提出了更高的要求。
我们认为，作为无线电频谱的管理部门，监管的重点首先是无线发射机系统的射频指标，如:发射总功率、频率准确度、占用带宽、杂散发射等。
在此基础上，可适当进行其他指标的测试，辅助运营商进行系统检测。
其主要测试项目应包括：1.频率准确度2.最大输出功率3.发射机互调4.杂散发射5.占用带宽 OBW、邻道功率ACP6.相位误差另外，针对GSM系统，可增加调制及开关的频谱，功率时间曲线的测试；针对CDMA系统和扩频系统，可增加矢量幅度误差（EVM），码域功率和幅度统计特性（CCDF）等测试项目。
矢量信号分析仪FSQ和测量功能介绍
I 2+ Q 2
IF envelope voltage
Quadrature Host Memory 512 k
NCO
FFT滤波器
信道滤波器
谱域测量功能
l CP/ACP：信道功率/邻道功率 l OBW：占用带宽 l APD/CCDF：幅度分布函数/互补累计分布函数 l Power measurement in time domain：时域功率测量 l Trigger funtion－IF power trigger：中频功率触发 l Gated sweep：门限触发 l ：三阶截止点 l Noise marker, phase noise marker：噪声标记和相位
DC
20.4 MHz
40/40.8 MHz
fSample 80/81.6 MHz
矢量信号分析 50MHz RBW 对应的幅度／相位／群延时特性
2 0
ns 0
-
20
-15
-10
2
grad 0
2
-15
-10
2
0
dB -
2
-
4-15
-10
Group Delay
4
-5 Phas0e
5
10
15
-5
0
5
Amplitude
with FSQ-B72
120 MHz for >3.6 GHz Baseband input FSQ-B71 频率范围：DC~36MHz IQ 存储器
16 MSamples. each I and Q
矢量信号分析
标配
fIF
WCDMA Channel
信号分析在无线电监测工作中的应用
信号分析在无线电监测工作中的应用作者：周爽来源：《消费电子》2022年第05期众所周知，在现实生活中理想的信号是不存在的。
信号在传输过程中受噪声干扰及影响，会表现出一定的变化和杂乱。
这种变化表现出随着时间或频率变化的规律。
为了获取精准可靠的信息，需要采用时域分析法、变换域分析法、连续时间分析法、离散时间分析法等，对信号进行分析和处理。
近年来，随着新一代信息科学技术、电子技术、计算机技术、无线通信技术的发展，无线数据传输的标准越来越多。
不同类型的无线数据传输标准的应用场景不同，其优缺点也存在差异。
各类无线通信技术的发展加剧了无线电信号所受的干扰，无形中也增加了用户使用的不良体验。
为了解决无线电信号传输中所受的干扰问题，提高信号传输质量和传输安全，信号分析处理及无线电监测工作就显得非常必要。
研究信号分析在无线电监测工作中的应用对提高无线电自动化管理水平有着重要的意义。
（一）信号信号指任何携带信息的物理量。
信号分析处理就是从众多混合、杂乱的信息中提取或增强有用信息，并存储和传输有用信息的一种运算。
信号分析处理针对的是各类主流信号。
对不同类型信号处理需要采用对应的信号处理手段，并测量信号的中心频率、功率、宽带等时频域参数，确认调制类型、波特率、调制指数等调制域信息，获取信号源、信道编码、帧结构等编码域内容，最终实现解调与解码。
（二）信号分析处理的目的信息分析时通过解析方法或测试方法找出不同信号特征，并了解信号特征，掌握它随时间或频率变化的规律过程。
信号处理指通过对信号的变换和加工，将一个信号变换为另一个信号的过程。
信号分析处理本身就是为了特定的目的，通过一定的手段改造信号。
（三）信号分析处理的方法1.时频域分析法时频域分析法是一种借助信号分析仪获取时频图，再通过分析时频图获取信号频率、带宽、频谱形状、出现时间等参数的方法。
采用时频域分析法可以实现对信号调制样式的初步判定。
常见的模拟调制信号FM/AM、频率键控信号FSK等，均可以通过该方法确定。
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
2020/11/7
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。
2020/11/7
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
2020/11/7
频谱仪的主要性能指标
2020/11/7
频谱仪的主要参数设置
2020/11/7
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。
2020/11/7
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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25
• – – • • – – – – –
26 confidential
• •
– – – AM,FM,PM, Pulse I Q / TDMA CDMA
•
• •
27 confidential
“
EMod(t) = EC(t) . cos(wC(t).t + FC(t))
AM FM FM
Anritsu Basic Training Material
•
…
2
confidential
3 confidential
•
(FFT)
(
)
A
f1
confidential
f2
f
4
A
f1
confidential
f2
f
5
•
6 confidential
•, dBc 0 , -d Nhomakorabeac32 confidential
Angle Modulation
UMod(t) = UC(t) . cos(wC(t).t + FC(t))
f(t) = d F(t) / dt
FM Time Domain Frequency Domain ÛC t fC f
F
FM Phase Domain
+DFC -DFC f + D fC fC - D fC
时间域
频率域
相位域
ÛC
ÛC UC UC f t fC
confidential
Amplitude Modulation
• [1+mcos(ѡmt)] Acos(ѡct) =
• E(t)=[1+mcos(ѡmt)]cos(ѡct) cos(ѡct)+(m/2)cos(ѡct-ѡmt)+(m/2)cos(ѡct+ѡmt) • cos(ѡct-ѡmt) cos(ѡct+ѡmt) ѡm • cos(ѡct) • <1/3
Filtering
Unfiltered
confidential
Filtered
41
EVM
EVM? Error Vector Magnitude(EVM) ,
EVM
EVM EVM
42 confidential
DELAY:-1.318ms FREQ:862.126 600MHz
TIME SPAN:1.9ms
23
confidential
GATE
time
Frequency
24 confidential
DUT
RF in
IF
CRT Display
DUT
LO
TG out
Tracking Adjust
Tracking Generator
0 - 5 - 10 - 15 - 20 - 25 - 30 - 35 - 40 - 45 - 50
RLV:- 54.1dBm
AT 15dB# TS 1.9ms
RBt 10kHz# VBt 30kHz# POWER
T:SMP
POWER(dBm):- 67.08dBm POWER(W) :196pW
“10” “0” 90º “00”
“1” 180º
“0” 0º
I
“11”
“01”
confidential
QPSK - Modulator
I-Channel
Q RF-In I
0/180°
0°
S
90°
0/180°
RF-Out
Q-Channel
confidential
confidential
QPSK 相位域
A B C D
Serial/Parallel Conversion DiBits
I(t) A B C D Q(t) Symbol rate fBit 2
1 2 3 4 5 6 7 t Bit rate, Data rate fBit
Q
Bit Sequence 1. 2. 0 1 1 0 0 0 1 1 Dibits I Q 0 1 1 0 0 0 1 1 Transmitted Phase 45º 135º 225º 315º (D) (A) (C) (B)
f
ÛC
M = Df / fmod
confidential
Vector modulation
• • IQ I(t) , • E(t)=I(t)cos(ѡct)+Q(t)cos(ѡct-90) = I(t)cos(ѡct)+Q(t)sin(ѡct) ={[I(t)]2+Q[t]2}1/2cos(ѡct-TAN-1(Q(t)/I(t)) cos(ѡct) , Q(t) cos(ѡct-90)
34 confidential
Conventional Modulation
Keying
Digital Modulation
AM
0
1
0
1
0
0
1
FM
0
1
0
1
0
0
1
ASK U
PSK U t 0 1 0 1 0 0 1
FM
UMod(t) = UC(t) . cos(wC(t).t + FC(t))
FM
FSK U t
m Û 2 C m Û 2 C
Umin
fC ÛC
m = UC / ÛC = (Umax - Umin) / 2 • ÛC
confidential
Angle Modulation
• • • • frequency modulation (FM) and phase modulation (ØM) 都是角度调制 频率：Ѡ(t)=d[ϕ(t)]/dt, 相角：ϕ(t)=∫ Ѡ(t)dt Ѡ(t)= Ѡc+ ΔѠpk f(t) E(t)=cos[ѡct+(Δ Ѡ pk/ Ѡ m)sin Ѡmt] =J0(β)cos Ѡct-J1(β)[cos(Ѡc-Ѡm)t+ cos(Ѡc+Ѡm)t]-J2(β) )[cos(Ѡc-2Ѡm)t+ cos(Ѡc+2Ѡm)t]-J3(β) )[cos(Ѡc3Ѡm)t+ cos(Ѡc+3Ѡm)t]-…… • 调制指数：β = Δ Ѡ pk/ Ѡ m
-20
RBW=10KHz
.
-40
TOI
RBW=1KHz
-60 -80
-100 -60 -30 0 +30
(dBm)=
(dB)
(dBm)confidential
7
•
-105 -107 DISTORTION, dBc -109
-111
Potential Dynamic Range
-113 -115 -90 -60 -30 0
Mixer Level(dBm)
8 confidential
• • • • •
RBW VBW
9 confidential
•
(
)RBW
3 dB 3 dB BW
Mixer
LO
/ (RBW)
RBW
10 confidential
•
RBW
11 confidential
•
RBW
10 kHz RBW 3 dB
: -69.86dBm/ch
19 confidential
2
X
N dB
99
3dB
: 246.4 kHz
20 confidential
ACPR
: L1:-70.74 U1:-70.74 L2:-78.47 U2:-78.31
21 confidential
-13.52dBm
22 confidential
29 confidential
m
• : E(t)=[1+mcos(ѡmt)]cos(ѡct) • m=(Ec-Emin)/Ec=(Emax-Ec)/Ec=(Emax-Emin)/(Emax+Emin) • : m/2=Esb/Ec • log m – log 2 = log Esb – log Ec • m(dB)= -[Ec(dB)-Esb(dB)-6dB]
10 kHz
12
confidential
•
RBW
RBW = 1 kHz
RBW = 10 kHz
3 dB
7.5 kHz
60 dB
60 dB BW = 15 kHz 10 kHz 10 kHz
13
confidential
•
RBW
14 confidential
•
RBW
(dB) = 10 log(RBW
30 confidential
Amplitude Modulation
UMod(t) = UC(t) . cos(wC(t).t + FC(t))
AM Time Domain UC Umax
ÛC
Frequency Domain ÛC UC
m Û 2 C m Û 2 C
Phase Domain UAM
)/(RBW
)
100 kHz RBW
10 dB
10 dB
10 kHz RBW
1 kHz RBW
RBW =
confidential
15
16 confidential