频谱分析仪技术基础

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频谱分析仪性能指标 动态范围
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频谱分析仪性能指标 最大无互调范围或最大谐波抑制
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信号分析及频谱分析概述
1、信号分析及频谱分析概述
周期信号
- 单载波信号
- 扫描信号 非周期信号
- 噪声信号
- 瞬态信号 调制信号 - 模拟调制 - 数字调制
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频谱分析仪性能指标
截止点(T.O.I)
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频谱分析仪性能指标 1-dB 压缩点
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频谱分析仪技术基础
第一章 基本理论
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信号分析及频谱分析概述 一、基本理论
信号分析及频谱分析概述 频谱仪的工作原理 频谱仪的特性
二、工程应用
仪器操作 常用功能与测试
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信号分析及频谱分析概述 失真信号：谐波失真、非谐波失真、杂散
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频谱分析仪工作原理 频谱仪的类型 1、傅立叶分析仪
A A
DD
RAM RA M
FFT FFT
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频谱分析仪工作原理 衰减器
RF
IF
Lo
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频谱分析仪工作原理
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频谱分析仪工作原理 混频器
LDANL DANL RBWNoise RFAtt -2.5 dB
RBWNoise )dB RFATT 2.5dB Hz
平均显示噪声电平 规定的平均噪声电平 (R&S 数据表: RBW=10 Hz, RFATT = 0 dB) RBW滤波器的等效噪声带宽 RF 衰减器 修正因子 (对数定标的平均)
信号分析及频谱分析概述 理想单载波信号在时域和频域的测量结果
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信号分析及频谱分析概述 频域测量对信号分析的作用
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信号分析及频谱分析概述 数字调制信号：信道功率、相邻信道功率比、占有带宽等
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信号分析及频谱分析概述 噪声信号：噪声功率、相位噪声
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A=10lg(RBWnew/RBWold)
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频谱分析仪性能指标 接收机的非线性特性
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频谱分析仪性能指标 三阶互调产物的鉴别
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频谱分析仪性能指标 相位噪声
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频谱分析仪性能指标 频谱分析仪的固有噪声
LDANL DANL10 Hz 10dB (10 lg
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延迟
频谱分析仪工作原理 镜像的影响
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频谱分析仪工作原理 镜像的抑制
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90° I mixer
filter coefficients Lowpass filter
I 2 + Q2
IF envelope voltage
Q
32 MHz
IF LO
filter coefficients NCO

特点: 真正的高斯形状 波形因子4.6 最小扫描时间 k = 1 通过补偿可以达到
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频谱分析仪性能指标
3、频谱分析仪的特性


滤波器特性 相位噪声（频谱纯度） 接收机的固有噪声 系统非线性 1dB压缩点 动态范围 测量精度
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输入
中频放大器
对数放大器
检波器 本地振荡器 y x 显示 锯齿波发生器
视频滤波 器 (平滑)
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频谱分析仪工作原理
“对数检波器”
检波器
线性/对数查找表： 有效值、平均值检波器 线性
最大 峰值
视 频 信 号
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频谱分析仪性能指标
分辨滤波器特性
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频谱分析仪性能指标 不同分辨带宽的滤波器对测试结果的影响
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信号分析及频谱分析概述 周期信号的频谱
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信号分析及频谱分析概述 模拟调制信号：AM、FM、PM的调制指数和调制频率等
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频谱分析仪性能指标 分辨相邻的信号
红色踪迹： RBW=30 kHz
红色踪迹： RBW=30 kHz
蓝色踪迹： RBW= 3 kHz
蓝色踪迹： RBW= 3 kHz
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频谱分析仪性能指标 最小扫描时间
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信号分析及频谱分析概述
信
号
时域 示波器
信号的波形信息 幅度 周期 频率
频域 频谱分析仪
信号的频率分布信息 频率、功率 谐、杂波 噪声、干扰 失真
调制域 矢量分析仪
信号的矢量信息 幅度误差 矢量误差 相位误差
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频谱分析仪性能指标 显示的噪声本底依赖于RF衰减器
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频谱分析仪性能指标
显示的噪声本底依赖于RBW带宽
RF IF
Input
Lo
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频谱分析仪工作原理 频谱仪的主要设置参数 频率显示范围
中心频率和频率跨度 起始频率和终止频率

电平显示范围 参考电平和量程跨度 频率分辨率 分辨带宽


A RAM D FFT
x(t)
Display

最大频率范围受限于AD变换器的带宽 快速的信号处理要求合理的更新率 窄的分辨带宽减少了扫描时间
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频谱分析仪工作原理 视频滤波器
包络检波器 混频器 中频滤波器 视频滤波器


优点: 小波形因子 => 更高的灵敏度 快速扫描 更高的带宽精度 测量可以得到更高的电平精度 用于噪声或类噪声信号 没有温度或老化漂移
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频谱分析仪工作原理 中频滤波器: FFT 滤波器
最小 峰值 采样
对数 微 处理器 显示
有效值
检波器的选择
水平轴 500个 像素点
平均值
平均值检波器
有效值检波器
U AV
“线性检波器”
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1 N ui N i 1
U RMS
1 N 2 ui N i 1
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RF fin
Input
IF
Lo Flo + Fin flo
Flo - Fin
fin
flo
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频谱分析仪工作原理
中频滤波器
模拟滤波器 包络检波器 视频滤波器
混频器 数字滤波器
对数放大器 放大器
检波器 输入 中频放大器 FFT 滤波器 y 本地振荡器 x
锯齿波发生器
显示
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频谱分析仪工作原理 中频滤波器:数字滤波器
Lowpass filter
Q mixer
IF
I
Anti aliasing bandpass IF 20.4 MHz
12 bit
LO
A D
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ห้องสมุดไป่ตู้
频谱分析仪工作原理
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频谱分析仪工作原理 2、外差式扫描分析仪
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频谱分析仪工作原理 超外差式扫描调谐分析仪
不同的滤波器6 dB带宽和等效噪声带宽与 3 dB带宽的关系
滤波器类型 6 dB 带宽 等效噪声带宽 4-极点滤波器 5-极点滤波器 （模拟） （模拟） 1.480 * B3dB 1.464 * B3dB 1.129 * B3dB 1.114 * B3dB 理想高斯滤波器 (数字) 1.415 * B3dB 1.065 * B3dB
扫描时间
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频谱分析仪工作原理 2、频谱分析仪的工作原理
超外差式扫描调谐接收机
低通 滤波器 a (t) H f
衰减器
混频器
中频 放大器
中频 滤波器 对数 放大器
RF
IF
视频滤波器 f LO
检波器 压控 振荡器 锯齿波 发生器 显示 参考振荡器
TSweep Span RBW k
最小扫描时间 频率扫描跨度 分辨带宽 (3 dB 带宽) k 因子, 2.5 模拟滤波器
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频谱分析仪性能指标
扫描时间对频率和电平测量误差的影响
测试结果未校准!
蓝色踪迹： 电平和频率产生误差
频谱分析仪工作原理 不同的检波器在显示屏上不同的数据处理
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频谱分析仪工作原理 本地振荡器
包络检波器 混频器 中频滤波器 视频滤波器
输入
中频放大器
对数放大器
检波器 本地振荡器 y x 显示 锯齿波发生器