频谱分析仪原理
频谱分析仪原理
频谱分析仪原理频谱分析仪原理：一、定义频谱分析仪是指用于测定信号的频率和幅度的仪器。
它可以把信号分解成若干个个分量，分析各部分能量分布，从而获得有关信号谱特性的信息。
二、原理频谱仪主要有傅立叶变换和谱分析法两种原理：1、傅立叶变换原理：傅立叶变换是研究任何时变信号的工具，它可以将时变信号变换为时频域的信号（时、频）。
这种变换使信号在时间和频率两个域之间互相均衡，从时域到频域的变换为变换分解，即可以将函数展开（分解）为定量和定调的系列能量分量。
傅立叶变换包括快速傅立叶变换（FFT）和傅立叶变换（FT）。
2、谱分析原理：谱分析是用于描述频率和相位特性的方法，即谱线。
它是分析信号频谱的工具，主要用来表示频率和强度的分布情况，从而判断频率的特性。
谱分析方法可以将信号从时域变换到频域，也可以将信号分析出其中的各频段成分，从而可以显著的提高信号的性能。
三、特点1、频谱分析仪能够ご把同维护信号分解成不同频率段的成分，并分析各频段能量分布，以获得有关信号谱特性的信息；2、能够检测信号的谐波污染程度，观测信号中不同频率段信号谱形变化，从而分析信号特性；3、它能够把信号分解成不同频率段，在系统调整时更易定位系统性问题；4、可以对控制环境中的电磁噪声进行监测，并可以对复杂的电磁噪声源进行监控把握。
四、应用频谱分析仪广泛应用于数据处理、机器学习、电磁环境测量、信号分析分离及信号检测等多项领域。
在电路分析领域，频谱分析仪可对系统传出电流波形进行分析，它可以检测信号中的谐波污染程度，快速观测信号分布，并以此加以分析外界电磁环境中检测信号的变化，从而及早发现和处理系统变化；同时，在系统调整时，可以把信号分解为不同频段，定位系统性问题，以此调整系统参数，改善系统性能；另外，在电磁噪声信号测量方面，频谱分析仪能够监测控制环境中电磁噪声，并能对复杂的电磁噪声源进行监控，从而准确分析控制环境中的电磁噪声成分及其变化，提高控制环境的稳定度。
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。
频谱分析仪原理
频谱分析仪原理
频谱分析仪是一种用于分析信号频谱特性的测量仪器。
它可以将复杂的信号分解成不同频率的成分，并以图形的方式显示出来。
频谱分析仪的原理是基于信号的傅里叶变换。
傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的数学方法。
通过对信号进行傅里叶变换，可以将信号分解成各个不同频率的正弦波或余弦波成分。
频谱分析仪中最常用的测量方法是快速傅里叶变换（FFT）。
FFT是一种高效的算法，可以快速地计算出信号的频谱。
它将连续的信号按一定的时间窗口进行采样，并对采样数据进行离散傅里叶变换，得到信号的频谱图。
在频谱分析仪中，采集到的信号首先经过放大器进行增益放大，然后通过模数转换器（ADC）将连续的模拟信号转换为离散
的数字信号。
接着，数字信号经过FFT算法进行处理，得到
信号的频谱数据。
频谱分析仪通常使用显示器来显示信号的频谱图。
频谱图通常以频率为横轴，以信号的幅度或功率为纵轴。
通过观察频谱图，可以分析信号的频率分布情况，了解信号的频率成分和强度。
除了显示频谱图外，频谱分析仪还可以对信号进行其他的测量和分析。
例如，可以测量信号的谐波失真、信噪比、频率稳定性等指标，以评估信号的质量和稳定性。
总之，频谱分析仪通过对信号进行傅里叶变换，将信号分解成不同频率的成分，并以图形的方式显示出来。
它是一种重要的工具，用于分析和评估各种信号的频谱特性。
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。
频谱分析仪原理
频谱分析仪原理频谱分析仪是一种用来对信号进行频率分析的仪器，它可以将信号的频谱特性直观地显示出来，帮助人们了解信号的频率成分和功率分布情况。
频谱分析仪广泛应用于无线通信、雷达、声音处理、振动分析等领域。
本文将介绍频谱分析仪的原理及其工作过程。
频谱分析仪的原理基于傅里叶变换，它可以将时域信号转换为频域信号。
在频谱分析仪中，输入信号首先经过模拟或数字滤波器进行预处理，然后进入变换器进行频谱分析。
变换器将输入信号分解为不同频率成分的幅度和相位信息，并将这些信息转换为直流电压或数字信号输出。
最后，输出信号经过显示器或计算机进行处理，形成频谱图谱。
频谱分析仪的工作过程可以分为几个关键步骤。
首先，输入信号经过前置放大器进行放大，然后进入滤波器进行滤波，去除不需要的频率成分。
接下来，信号经过变换器进行频谱分析，得到频率成分的幅度和相位信息。
最后，这些信息经过显示器或计算机进行处理，形成频谱图谱，直观地显示信号的频率特性。
频谱分析仪的原理可以用简单的数学模型来描述。
假设输入信号为f(t)，经过变换器变换后得到的频谱信号为F(ω)，其中ω为频率。
根据傅里叶变换的原理，F(ω)可以表示为f(t)的频谱分量，即F(ω)=∫f(t)e^(-jωt)dt。
通过对F(ω)进行幅度和相位的分析，就可以得到信号的频谱特性。
频谱分析仪的原理和工作过程为工程技术人员提供了一种有效的手段，帮助他们对信号进行频率分析和特性评估。
通过频谱分析仪，人们可以直观地了解信号的频率成分和功率分布情况，为无线通信、雷达、声音处理、振动分析等领域的工程设计和故障诊断提供了重要参考。
总之，频谱分析仪是一种基于傅里叶变换原理的仪器，它可以将信号的频率特性直观地显示出来，帮助人们了解信号的频率成分和功率分布情况。
频谱分析仪的工作原理和过程为工程技术人员提供了一种有效的手段，帮助他们进行频率分析和特性评估。
通过频谱分析仪，人们可以直观地了解信号的频率特性，为工程设计和故障诊断提供了重要参考。
频谱分析仪的原理和应用
频谱分析仪的原理和应用一、频谱分析仪的原理频谱分析仪是一种用于分析信号频谱的仪器。
它基于傅里叶变换的原理，将时域信号转换为频域信号，从而可以对信号的频谱特性进行分析。
频谱分析仪的主要原理如下：1.傅里叶变换：傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的数学方法。
频谱分析仪通过对信号进行傅里叶变换，可以将信号分解成不同频率的成分，从而得到信号的频谱图。
2.FFT算法：快速傅里叶变换（FFT）是一种高效计算离散傅里叶变换的算法。
频谱分析仪通常使用FFT算法对信号进行频谱分析，以实现实时的频谱显示和分析。
3.功率谱密度：频谱分析仪通过计算信号功率谱密度，可以得到不同频率下的信号功率分布情况。
功率谱密度可以反映信号的频谱特性，包括频率分量的强度、分布和峰值等信息。
4.窗函数：为了减少频谱泄漏和谱分辨率损失，频谱分析仪通常使用窗函数对信号进行加窗处理。
常用的窗函数有矩形窗、汉宁窗、汉明窗等，不同窗函数会对频谱的主瓣宽度和副瓣衰减等产生影响。
二、频谱分析仪的应用频谱分析仪在科学研究、工程领域和日常生活中具有广泛的应用。
下面列举了一些常见的应用场景：1. 无线通信•频率分配：频谱分析仪可以用于无线通信系统中的频率规划和频段分配。
通过分析不同频段的使用情况，可以避免频谱的重叠和冲突，提高通信系统的传输效率和可靠性。
•信道测量：频谱分析仪可以对无线信道进行测量和分析，了解信道的传输特性和衰减情况。
这对于优化信号传输、调整天线方向和减少干扰都是非常重要的。
2. 电子设备测试•信号分析：频谱分析仪可以用于对电子设备的输入和输出信号进行分析。
通过分析信号的频谱特性，可以检测设备是否存在频率误差、频率扭曲和幅度失真等问题。
•干扰检测：频谱分析仪可以用于检测和定位电子设备之间的干扰问题。
通过分析干扰源的频谱特征，可以确定干扰源的位置和频率，从而采取相应的措施进行干扰抑制和消除。
3. 音频处理•音频分析：频谱分析仪可以对音频信号进行频谱分析，了解音频信号的频率分布和能量分布情况。
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。
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包络 检波器
参考时基
LCD
VBW 检波器
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混频器/本振/滤波器
混频器
基波混频/谐波混频 固定中频，避免与可调滤波器相关的难题 本振调谐
滤波器/预选器
抑制镜像频率 提高抗过载能力
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为什么需要频谱分析？
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频域测量典型例子
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
冲击函数的频Байду номын сангаас是平 的(需要无穷大的能量 才能产生一个冲击)
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LO 2
预选/输入 低通滤波器
衰减器
中频放大器
LO 1
对数放大器
中频 滤波器
PLL
扫频发生器
包络 检波器
参考时基
LCD
VBW 检波器
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镜像频率的影响
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混频器/本振/滤波器
f1 f2 fn
fRF
fLO
fIF=fLO-fRF
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LO 2
预选/输入 低通滤波器
衰减器
中频放大器
LO 1
对数放大器
中频 滤波器
PLL
扫频发生器
包络 检波器
参考时基
LCD
VBW 检波器
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LO 2
预选/输入 低通滤波器
衰减器
中频放大器
LO 1
对数放大器
中频 滤波器
PLL
扫频发生器
包络 检波器
参考时基
LCD
VBW 检波器
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衰减器
种类 • 机械衰减器 • 电子衰减器 （使用寿命长）
用途 • 大信号衰减，获得最佳动态范围 • 阻抗匹配、抑制非线性 • 鉴别伪信号
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2 频谱分析仪的功能与基本原理
功能一
频谱分析——频谱分布
功率谱测量 杂散测试 谐波测试 三阶互调测试 占用带宽 载噪比 时隙信号测试 ……
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功能二
扩展功能——支持功率计
频率计功能 噪声系数测试 相位噪声测试 测量接收机 网络分析仪(配置跟踪源) 电缆测试 空间场强测试 ……
输入衰减和中频增益是作为参考电平的函数自动调整。
输入信号过大可能导致第一混频受损，因此高电平输入必须 衰减，衰减量取决于第一混频及其后续部分的动态范围。混频 器电平过高，失真产生的频率分量将会干扰正常显示；衰减量 过大则会导致信噪比降低，减小动态范围。因此，输入衰减及 中频增益的选择需折中考虑。
实际应用中，即使参考电平非常低，通常也会将输入衰减 设置为最小值（如10dB），以获得较好的匹配，提高幅度测量 精度。
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衰减器
中频放大器
中频 滤波器
PLL
为达到仪器最佳 工作状态而做的
内部协调
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LCD
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检波器
输入衰减、中频增益、参考电平之间的联动
联动准则：尽量使输入信号电平对应于参考电平
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衰减器对本底噪声的影响
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Noise level 2 Noise level 1
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衰减器用途：运用衰减器鉴别伪信号
包括鉴别待测件的互调产物和频谱仪的互调产物。
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现代频谱分析仪的早期发展——
可调带通滤波器的频谱分析仪
宽频段范围的不可实现性
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现代频谱仪的结构组成
射频部分
硬件结构 重要参数 实现方法
基带数字处理部分
IQ信号的矢量分析 检波方式
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1 信号分析及频谱分析概述
时域
频域
调制域
示波器
频谱分析仪
矢量分析仪
信号的波形信息 幅度 周期
简单频率
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信号的频率分布信息 频率、功率谱 谐波、杂波 噪声、干扰 失真等
信号的矢量信息 幅度误差 矢量误差 相位误差 EVM等
频谱混叠，无法区分！
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抑制镜像频率的方法
•提高中频频率，使用低通滤波器抑制镜像频率 •通过预选器把全部频段分为两个通道
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LO 2
预选/输入 低通滤波器
衰减器
中频放大器
LO 1
对数放大器
中频 滤波器
PLL
扫频发生器
罗德与施瓦茨公司 广州代表处 产品支持部 产品工程师 甘秉鸿 © 2009
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产品工程师：甘秉鸿
目录
1 信号分析及频谱分析概述 2 频谱分析仪的功能与基本原理 3 频谱分析仪关键指标的定义 4 R&S频谱分析仪FSP操作实例
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产品工程师：甘秉鸿
预选/输入 LO 2
RF In 低通滤波器
中频放大器
衰减器
LO 1
多级 对数放大器
中频 滤波器
前置放大器
PLL
扫频发生器
包络 检波器
参考时基
LCD
VBW 检波器
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功能三
频谱分析仪 与
信号分析仪
信号分析——对各种移动通信标准信号的解调
频率/相位误差 信道功率、ACLR EVM 码域功率 信号统计特性CCDF、APD 星座图、IQ特性 PVT 信道列表
比特流还原
调幅深度
任意调制信号分析 ---