2 频谱仪原理与使用_刘波解析
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。
频谱仪简述
频谱仪简述摘要：在各个科学研究领域中，频谱仪是非常重要的一种电子测量工具。
为了更好的使用频谱仪，必须了解其工作原理和其主要的功能，技术参数等等，注意它在实际使用中的的问题。
关键词：主要功能；测量原理；技术指标；最新产品引言频谱仪作为一种测量工具，在电子通信领域被广泛的使用，所以了解频谱仪的主要功能测量原理和其技术指标才能在工作中更好的使用频谱仪，发挥更多的作用。
一、频谱仪介绍频谱分析是指在频域里显示输入信号的频谱特性。
扫描调谐式频谱分析仪大多采用超外差式，其工作原理和超外差式接收机基本类同。
傅里叶变换频谱分析仪首先对时域的信号数字化然后进行快速傅里叶变换，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，其频率范围、灵敏度和动态范围都不超过超外差式频谱分析仪。
二、功能介绍1.信道功率测试：测试指定区域内的中频功率之和与区域宽度。
概言之，就是测试指定频段内的信号总功率，或噪声总功率。
2.邻信道功率测试：可测邻道泄露的上下行载波功率强度。
概言之，可以选择多种测试方法包括总功率、参照电平强度、带内测试的方面精确测试载波功率强度。
3. 可测电路或者PCB板上器件和电路间的电磁场强度：频谱仪只可以测试电信号，但是配上天线和不同探头就可以测试场强。
例如DSA815可以测试1.5G以内信号，配上天线就可以测试物联网，RFID等信号，配上近场探头就可以测试电场和磁场的信号。
你也可以自己制作电场、磁场的感应器接到频谱仪上就可以测试了。
4．标记测量：例如MSA-338有两种模式：其一是常规模式，最多显示测试点的7个活动频点和最多3个活动的电平值；另一测试模式叫DELTA测试模式，可以对比2个测试点的频率与电平。
5.峰值查找：分两种，一种为全频峰值查找，一种为范围内查找。
6. 占用带宽测试二、工作原理频谱分析仪架构犹如时域用途的示波器，面板上布建许多功能控制按键，作为系统功能之调整与控制，实时频谱分析仪与扫瞄调谐频谱分析仪。
频谱仪基本使用方法
频谱仪基本使用方法频谱仪是一种广泛应用于电子领域的测试仪器，用于测量和显示电磁信号的频率分布和强度。
频谱仪可以帮助工程师分析和调试无线电通信设备、音频设备、雷达系统等。
本文将介绍频谱仪的基本使用方法。
1.连接频谱仪：将频谱仪与待测设备连接。
通常，频谱仪的输入端口可以使用同轴电缆、光纤等方式连接。
根据待测设备的信号类型，选择合适的连接方式。
2.打开频谱仪：通常，频谱仪的电源开关位于仪器的前面板或后面板上。
按下电源开关，等待仪器启动完成。
3.设置测量参数：使用频谱仪的菜单或按钮设置仪器的测量参数。
主要参数包括中心频率、带宽、参考电平等。
根据实际需求设置参数，并确保参数设置正确。
4.观察频谱显示：频谱仪通常具有宽屏幕显示器，用于显示信号频率分布的图形。
观察频谱显示，可以直观地了解信号的频率特性和幅度分布。
5.调整分辨率带宽：分辨率带宽是频谱仪用于测量信号频谱的带宽范围。
根据需要，可以调整分辨率带宽以改变频谱显示的细节程度。
较宽的分辨率带宽可以显示更多的细节，而较窄的分辨率带宽可以提高频谱仪的测量速度。
6.设置跟踪方式：频谱仪通常具有多种跟踪方式，包括最大峰值、平均、正常等。
根据需要，选择合适的跟踪方式以获取所需的信号信息。
7.应用衰减器：如果待测设备输出的信号较强，为了避免频谱仪因输入过大而损坏，可以在输入端口处应用衰减器。
衰减器可以减小信号的强度，确保频谱仪的正常工作。
8.数据记录和分析：频谱仪通常具有数据记录功能，可以将测量数据保存到内部存储器或外部存储设备中。
保存的数据可以用于后续的分析和处理。
9.进行频谱扫描：通过设置起始频率和终止频率，可以使用频谱仪进行频谱扫描。
频谱扫描可以帮助工程师了解信号在不同频率点上的强度变化，从而得到信号的频率分布。
10.额外功能：在实际使用中，频谱仪通常还具有许多额外功能，如频谱拓展、峰值搜寻、频谱占用等。
根据实际需要，可以使用这些额外功能来进一步分析和处理信号。
频谱仪基本使用方法
频谱仪基本使用方法频谱仪是一种用于测量信号频谱的仪器。
它可以将信号的时域波形转换为频域图像，显示信号在不同频率上的能量分布情况。
频谱仪广泛应用于电子通信、音频处理、无线电频谱监测等领域。
下面将介绍频谱仪的基本使用方法。
1.连接设备将频谱仪与待测试的设备连接。
通常，频谱仪的输入端口使用BNC接口，需要使用合适的电缆将待测试设备的信号输入到频谱仪。
2.打开频谱仪并调整参数打开频谱仪的电源，等待其启动。
启动后，可以看到频谱仪的屏幕上显示了一片空白画面。
在进行测试之前，需要调整一些基本参数：-设置频谱范围：频谱范围表示频谱仪能够显示的频率范围。
根据需要，可以选择较小的范围以查看较细微的细节，或选择较大的范围以覆盖更广泛的频率范围。
-设置中心频率：中心频率表示频谱仪显示的中心频率。
可以根据需要设置中心频率。
-设置带宽：带宽表示频谱仪显示的频率范围的宽度。
较宽的带宽能够显示更广泛的频率范围，但会丧失分辨率。
-设置参考电平：参考电平表示频谱仪显示的参考响应电平。
可以根据需要设置参考电平，以确保显示的信号在合理的范围内。
3.观察频谱图像当参数设置完成后，可以开始观察频谱图像了。
频谱图像通常以柱状图的形式显示，横轴表示频率，纵轴表示信号的能量。
-可以观察到信号的频率分布情况，以及不同频率上的能量情况。
-可以通过调整带宽和参考电平来获得更好的观察效果。
-可以根据不同的需要选择不同的显示方式，如线性、对数等。
4.测量信号参数频谱仪除了可以显示信号的频谱图像外，还可以通过对信号进行一些测量，来获取更详细的信号参数：-峰值测量：可以通过设置峰值测量功能，自动检测并显示信号的最大峰值。
-带宽测量：可以通过设置带宽测量功能，自动测量信号的带宽。
-占空比测量：可以通过设置占空比测量功能，测量信号的占空比。
-谐波测量：可以通过设置谐波测量功能，测量信号的谐波含量。
5.导出数据频谱仪通常具备数据导出的功能，可以将测量得到的数据保存到计算机或其他设备中，以备后续分析和处理。
频谱分析仪的使用方法
频谱分析仪的使用方法13MHz信号..一般情况下;可以用示波器判断13MHz电路信号的存在与否;以及信号的幅度是否正常;然而;却无法利用示波器确定13MHz电路信号的频率是否正常;用频率计可以确定13MHz电路信号的有无;以及信号的频率是否准确;但却无法用频率计判断信号的幅度是否正常..然而;使用频谱分析仪可迎刃而解;因为频谱分析仪既可检查信号的有无;又可判断信号的频率是否准确;还可以判断信号的幅度是否正常..同时它还可以判断信号;特别是VCO信号是否纯净..可见频谱分析仪在手机维修过程中是十分重要的..另外;数字手机的接收机、发射机电路在待机状态下是间隙工作的;所以在待机状态下;频率计很难测到射频电路中的信号;对于这一点;应用频谱分析仪不难做到..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：101gdB分贝数=201gdB分贝数=201gdB例如：A功率比B功率大一倍;那么;101gA／B=10182’3dB;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=101gdBm例如;如果发射功率为lmw;则按dBm进行折算后应为：101glmw／1mw=0dBm..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lmv;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..AT5010频谱分析仪频率范围在0.15～1000MHz1G;其系列还有3G、8G、12G等产品..AT5010频谱分析仪可同时测量多种理论上是无数个频率及幅度;Y轴表示幅度;X轴表示频率;因此能直观的对信号的组成进行频率幅度和信号比较;这种多对比件的测量;示波器和频率计是无法完成的..2．性能指标1频率频率范围：0．15—1050MHz中心频率显示精度：士lOOkHz频率显示分辨率：lOOkHz扫频宽度：100kHz／格—100MHz／格中频带宽一3dB：400kHz和20kHz扫描速度：43Hz2幅度幅度范围：一100～+13dBm屏幕显示范围：80dBm10dB／格参考电平：一27-13dBm每级10dB参考电平精度：±2dD平均噪声电平：一99dBm3输入..输入阻抗：50n插座：BNC衰减器：0~40dB输入衰减精度：±1dDm最大输入电平：+10dBm、+25VDC3．安泰5010频谱分析仪功能介绍安泰5010频谱分析仪面板功能示意图如图4-4所示..1聚焦旋钮FOCJS：用于光点锐度调节..2亮度调节旋钮1NTENS：用于光点亮暗调节..3电源开关POWER：被按下后;频谱分析仪开始工作..4轨迹旋钮TR：即使有磁性铍膜合金屏蔽;地球磁场对水平扫描线的影响仍不可能避免..通过轨迹旋钮内装的一个电位器来调整轨迹；使水平扫描线与水平刻度线基本对齐..频谱分析仪测量场强方法中心议题：频谱仪的电平刻度的转换和阻抗匹配问题频谱分析仪防过载选择合适的中频带宽测试解决方案：采用中频替代法输入衰减器不宜放在0dB的位置频谱分析仪是一种应用广泛的信号分析仪器..它可用来测量信号的频率、电平、波形失真、噪声电平、频谱特性等;加上标准天线还可用来测量场强..它的主要特点是：能宽频带连续扫描;并将测得的信号在CRT屏上直观地显示出来..在整个频段内;电平显示范围大于70dB;在无线电电波测量中可以很方便地看出频谱占用和信号活动情况;所以在很多场合;频谱仪正在替代场强仪成为电波测量中一种新的被广泛应用的仪器..但必竟二者设计上有差异;因此使用侧重面应有所有同;否则将会带来很大的测量误差..一、电平刻度的转换和阻抗匹配问题通常;频谱仪的显示刻度单位是dBm;而在场强测量和有关电波传播问题讨论中;习惯采用dBμv/m为单位;因此首先就有一个单位转换问题..实际上场强测量就是标准天线端感应电压的测量;因此只要将频谱仪的读数换算成电压单位;加上天线的天线系数即可求得待测场强..频谱仪的单位换算系数随其输入阻抗的不同而不同;对于50Ω系统;VdBuV=PdBm+107dB而对于75Ω系统;则VdBuV=PdBm+108.8dB 现代频谱仪多采用微机处理;显示刻度可以自动转换..在实际测量中要特别注意天线阻抗与测试系统的匹配问题;避免产生失配误差..由于频谱仪在使用中是进行宽带扫描;所以所用天线要求也都是宽带天线;而宽带天线的VSWR一般都较大;如果与频谱仪联接的不是匹配天线;则要对所用天线的天线系数重新校对..在实际测量中;输入衰减器不宜放在0dB的位置;如果衰减器置0;输入信号直接接到混频器上;则阻抗特性变差;造成较大的失配误差..二、防止频谱分析仪过载一般测试接收机的输入端都有带有调谐式高放电路;以抑制带外信号;提高灵敏度..而频谱分析仪由于其宽带连续快速扫描的特性;输入端一般都直接接到第一混频器上..当信号电平较高时;混频器工作在非线性变频状态;将产生高阶互调和混频增益压缩;而且过高的电平一般大于5dBm将烧坏混频器;故在使用中要合理地选择射频衰减器以确保线性工作状态..为使混频器进行线性变频;中频放大器进行线性放大;使示波屏上出现的假响应电平缩至最小;这就要求加在混频器上的输入信号功率越小越好；而为了扩大测量电平的动态范围;则要求输入功率越大越好..为此对输入信号电平的选择有如下三个规定：1最佳输入信号电平在频谱仪输入混频器上输入信号时;使所产生的失真电平小于某个规定电平时的输入信号电平叫最佳输入电平..它随混频器的构造不同而有所不同;通常频谱仪的最佳输入电平是-30dBm..用这样的电平输入时;规定频谱仪产生的失真电平和假响应电平小于-90dBm;即在-30dBm到-90dBm间出现的信号是真正的信号;这时;显示器的动态范围有60dB..2线性输入信号电平;使输入混频器的特性保持线性的最大输入信号电平叫线性输入电平..所谓“线性”;是指允许输入混频器有1dB的增益压缩..增益压缩1dB;约产生12.2%的误差..当加到混频器的信号电平在线性输入电平范围内时;则增益压压缩小于1dB;这并不意味着在频谱仪显示器上不同生失真响应和假响应..只有当输入到混频器的信号功率等于最佳输入电平时;在示波屏上才不出现假响应..通常;频谱仪的线性输入电平是-5dBm到-10dBm;视输入混频器的特性而定..3最大输入电平频谱仪输入回的烧毁电平叫频谱仪的最大输入电平..它由输入衰减器和混频器的特性决定..输入混频器的烧毁电平的典型值是+10dBm;输入衰减器的烧毁电平是+30dBm..在实际测量中;为使测量不失真;或使假响应电平减至最小;应经常使用最佳输入电平..就输入端是单个大信号而言..采用最佳输入电平;将会得到较满意的测量结果..但当输入端存在多个高电平信号时;即使这些信号可能在频谱仪的工作频带外;终因输入端没有选择性;这些信号功率的迭加很容易使混频器过载产生高阶交互调失真;从而产生假响应;因此有必要对所测信号以外的信号功率加以衰减;最好的办法是加一个跟踪滤波器;即预选器;如美国HP公司和西德R/S公司都有为其频谱仪配套的预选器..有些频谱分析仪没有配套的预选器;但可根据测量频段加固定的带通滤波器..此时;用频谱分析仪和跟踪信号发生器对通带内波动、插入损耗仔细进行测量并一一记录下来;在测量场强时计入到天线校正系数去..如果连带通滤波器也没有;那么可按照所测频段配置合适的高通滤波器..实践证明;强电台及电磁干扰大多集中在中、短波及调频波段、VHF低端;在采用高通滤波器后;可把被测频段以下的信号衰减40dB以上;这样可大大减少互调、交调失真..检验混频器是否工作在最佳状态;可以采用射频衰减器增加10dB;显示减少10dB的方法验证..通常;-30~-35dBm为混频器的最佳工作状态;即频谱仪的最佳输入电平为-30~-35dBm..最佳输入电平的择定为以后进一步的精确测量打下了良好基础..三、选择合适的中频带宽频谱仪的中频带宽又称分辨率带宽很多;从1MHz到1kHz以下约有10档左右..但由于频谱仪的连续扫描特性;它的滤波器是高斯型的矩形系数较大;一般60dB：3dB带宽为10:1..而测试接收机的中频滤波器矩形系数较小;一般60dB:6dB带宽为2:1一般测试接收机为双调谐回路;且B3=0.8B6..频谱仪的噪声系数较大;典型值为19dB;因此在频带宽相同的情况下;频谱仪的噪声电平比测试接收机高..了解这些不同后;就可以根据实测情况及所测信号的特点;选择合适的中频带宽..如果要测量间隔25KHz的两相邻信号;若它们的电平相差不大;则用10KHz的中频带宽就可以区分两信号..如果电平相差较大;则必须用3kHz 或1kHz的中频带宽才能区分两信号..在选择中频带宽时;还应注意扫描时间;太快会使滤波器来不及响应;导致测量不准..有些频谱仪有自动调节功能;特别是现代较先进的它可将扫描时间自动调节到与扫描频宽、中频带宽相适应..若是手动调节的;应注意一旦中频带宽改变;扫描时间也要相应地变化;以保证准确测量..如果要测量较弱信号;就要减小中频带宽;使频谱仪的噪声电平低于被测信号..频谱仪一般给出最小中频带宽以下的平均噪声电平;中档频谱仪的典型值为-115dBm..为保证测量结果有效;应使信噪比优于6dB;故它可测量的最小电平为-109dBm即-2dBμV..实际上可测的最小电平还受到频谱仪杂散响应指标的影响;而且当被测信号小于1μV时;通过机壳、电源线等引入干扰会使测量结果不可靠..四、怎样保证测量精度测试接收机都装有标准脉冲振荡器;以便在测量状态;如频率、衰减器、中频带宽改变时随时可进行校准..其测量精度主要由标准振荡器的准确度及输入失配误差来决定;一般为±2dB..频谱仪系采用固定频率的标准信号进行校准;当测量频率不同时就会产生误差..同时;射频衰减器参考电平、中频带宽、显示刻度等的改变都会产生误差..对于现代频谱仪这些误差一般为：校准信号绝对误差±0.3dB频率响应包括输入失配±0.5~2dB射频衰减器改变1~2dB参考电平改变0.5dB中频带宽改变0.5~1dB显示刻度改变1dBCRT显示非线性误差1~2dB粗看起来;这些误差相加超过4.5dB;但实际上与测量方法有很大关系..测量时;如能保持与校准时的仪器设置状态一样;就可使误差减至最小..一般是采用中频替代法;即在不改变中频带宽及显示刻度的情况下;通过改变参考电平..使校准信号电平与被测信号电平等于相应的参考电平时;则被测信号电平值等于校准信号电平值加上参考电平的改变量..值得注意的是;测量时保持信噪比大于12dB;这种测量的误差仅取决于整个误差的前四项可达到±2dB..浅析频谱分析仪和EMI接收机随着电力技术的广泛应用;带来了很大的便利;但同时也带来了不容忽视的电磁干扰EMI问题;这就要求必须对EMI特性进行准确的测量;这对提高电力电子装置的电磁兼容性EMC具有重要意义..近几年;在整个电磁兼容测量技术及所属服务领域不断出现许多新的器和测试方法;最基本且有效的测试设备还是和EMI接收机..1 频谱谈到测量电信号;电气工程师首先想到的可能就是..示波器是一种将电压幅度随时间变化的规律显示出来的仪器;它相当于电气工程师的眼睛;使你能够看到线路中电流和电压的变化规律;从而掌握的工作状态..但是示波器并不是电磁干扰测量与诊断的理想工具..这是因为：1最关键的是动态范围;干扰频谱不同分量的差别有5个量级以上;需要100 dB以上的动态范围；而八位的示波器仅有40 dB左右的动态范围;不能满足电磁干扰的测量要求..2所有电磁兼容标准中的电磁干扰极限值都是在频域中定义的;而示波器显示出的是时域波形;因此测试得到的结果无法直接与标准比较..为了将测试结果与标准相比较;必须将时域波形变换为频域频谱..3电磁干扰相对于电路的工作信号往往都是较小的;并且电磁干扰的频率往往比信号高;而当一些幅度较低的高频信号叠加在一个幅度较大的低频信号时;用示波器无法进行测量..4示波器的灵敏度在毫伏级;而由接收到的电磁干扰的幅度通常为微伏级;因此示波器不能满足灵敏度的要求..测量电磁干扰更合适的仪器是频谱分析仪;频谱分析仪是一种将电压幅度随频率变化的规律显示出来的仪器;它显示的波形称为频谱..频谱分析仪克服了示波器在测量电磁干扰中的缺点;它能够精确测量各个频率上的干扰强度..对于电磁干扰问题的分析而言;频谱分析仪是比示波器更有用的仪器;用频谱分析仪可以直接显示出信号的各个频谱分量..1．1 频谱分析仪的原理频谱分析仪是一台在一定频率范围内扫描接收的接收机;它的原理图如图1所示..频谱分析仪采用频率扫描超外差的工作方式..混频器将天线上接收到的输入信号与本振产生的信号混频;当混频的频率等于中频时;这个信号可以通过中频;被放大后;进行峰值检波..检波后的信号被进行放大;然后显示出来..由于本振电路的振荡频率随着时间变化;因此频谱分析仪在不同的时间输出的频率是不同的..当本的频率随着时间进行扫描时;屏幕上就显示出了被测信号在不同频率上的幅度;将不同频率上信号的幅度记录下来;就得到了被测信号的频谱..根据这个频谱;就能够知道被测设备是否有超过标准规定的干扰发射;或产生干扰的信号频率是多少..1．2 的使用方法要获得正确的测量结果;必须正确地操作频谱分析仪..本节简单介绍频谱分析仪的使用方法..正确使用频谱分析仪的关键是正确设置频谱分析仪的各个参数..下面解释频谱分析仪中主要参数的意义和设置方法..1频率扫描范围规定了频谱分析仪扫描频率的上限和下限..通过调整扫描频率范围;可以对感兴趣的频率进行细致的观察..在频率分辨率一定的情况下;扫描频率范围越宽;则扫描一遍所需要时间越长;频谱上各点的测量精度越低;因此;在可能的情况下;尽量使用较小的频率范围..在设置这个参数时;可以通过设置扫描开始频率和终止频率来确定;例如：startfrequency=l MHz;stop frequency=ll MHz..也可以通过设置扫描中心频率和频率范围来确定;例如： frequency=6 MHz;span=10 MHz..这两种设置的结果是一样的..2中频分辨带宽规定了频谱分析仪的中频带宽;这项指标决定了仪器的选择性和扫描时间..调整分辨带宽可以达到两个目的;一个是提高仪器的选择性;以便对频率相距很近的两个信号进行区别..另一个目的是提高仪器的灵敏度..因为任何电路都有热噪声;这些噪声会将微弱信号淹没;而使仪器无法观察微弱信号..噪声的幅度与仪器的通频带宽成正比;带宽越宽;则噪声越大..因此减小仪器的分辨带宽可以减小仪器本身的噪声;从而增强对微弱信号的检测能力..分辨带宽一般以3 dB或者6 dB带宽来表示..当分辨带宽变化时;屏幕上显示的信号幅度可能会发生变化..若测量信号的带宽大于通频带带宽;则当带宽增加时;由于通过中频放大器的信号总能量增加;显示幅度会有所增加..若测量信号的带宽小于通频带宽;如对于单根谱线的信号;则不管分辨带宽怎样变化;显示信号的幅度都不会发生变化..信号带宽超过中频带宽的信号称为宽带信号;信号带宽小于中频带宽的信号称为窄带信号..根据信号是宽带信号还是窄带信号能够有效地鉴别干扰源..3扫描时间仪器接收的信号从扫描频率范围的最低端扫描到最高端所使用的时间叫做扫描时间..扫描时间与扫描频率范围是相匹配的..如果扫描时间过短;频谱仪的中频不能够充分响应;结果幅度和频率的显示值变为不正确..4视频带宽视频带宽至少与分辨带宽相同;最好为分辨带宽的3至5倍..视频带宽反映的是测量接收机中位于包络检波器和模数之间的视频放大器的带宽..改变视频带宽的设置;可以减小噪声峰一峰值的变化量;提高较低信噪比信号测量的分辨率和复现率;易于发现隐藏在噪声中的小信号..1．3 频谱仪的种类频谱仪通常可以分为常规扫频分析仪和实时频谱分析仪;通过比较可以知道实时频谱分析仪适用性更强..1常规扫频分析仪图2是常规扫频分析仪的框图..此例涉及两个RF输入信号..RF信号通过扫描定位振荡器被转化为IF中间频率..IF输出通过带通滤波器;此处频谱分析仪分辨率被定义..滤波器由Fstart扫至Fstop;见图3..此时仅观察到滤波器带宽内的一个点的信号..信号A首先被探测和显示;然后是信号B间歇信号;如突发现象一般不会被探测到;除非在滤波器扫过时;在某一准确时间出现..2实时频谱分析仪实时频谱分析仪是由一系列带通滤波器组成;如下图4所示..信号通过这些滤波器观察和连续纪录..信号A和B同时采集和显示;如图5..2 EMI接收机由电力电子设备产生的电磁发射通常是宽带、连续的;其频率范围从工频到几十兆赫..通常传导EMI应在这一频率范围被测量..由于许多国家和国际标准只在0.15 MHz～30 MHz的频率范围内确定传导发射;传导EMI 的测量也仅仅在这一范围内讨论信号的测量方法..在0.15 MHz～30 MHz频率乃至低至10 kHz范围内的EMI分量;由EMI 接受装置测量..EMI接收机测得的是一个被测设备的输出电压..实质上EMI接收机是可调谐的、有频率选择的、具有精密的振幅响应的电压计;如图6所示..各部分功能如下：1..可由电压、电流探头、各类天线等部件组成..根据测量的目的;选用不同部件来提取信号..2输入衰减器..可将外部进来的过大信号或干扰电平给予衰减;调节衰减量高低;保证测量接收机输入的电平在测量接收机可测范围之内;同时也可避免过电压或过电流造成测量接收机损坏..3校准信号源..与普通接收机相区别;测量接收机本身提供内部校准信号源;可随时对测量接收机的增益加以自我校准;以保证测量值的准确..4..利用选频放大原理;仅选择所需的测量信号进入下级电路;而外来的各种杂散信号包括镜像频率信号、中频率信号、交调谐波信号等均排除在外..5混频器..将来自射频放大器的射频信号和来自本机振荡器的信号合成产生一个差频信号输入到中频放大级;由于差频信号的频率远低于射频信号频率;使得中频放大级增益得以提高..6本机振荡器..提供一个频率稳定的高频振荡信号..7中频放大器..由于中频放大器的调谐电路可提供严格的频率带宽;又能获得较高的增益;因此保证接收机的总选择性和整机灵敏度..8检波器..测量接收机的检波方式与普通接收机的检波方式有着重大差异..测量接收机除可接收正弦波信号外;更常用于测量脉冲骚扰电平;因此测量接收机除了通常具有的平均值检波功能外还增加了峰值检波和准峰值检波功能..3 频谱仪和接收机原理差异频谱分析仪是当前频谱分析的主要工具;尤其是扫频外差式频谱分析仪是当今频谱仪的主流;应用扫频测量技术;通过扫频信号源得到外差信号进行频域动态分析..接收机是进行EMC测试的主要工具;以点频法为基础;应用本振调谐的原理测试相应频点的电平值..接收机的扫描模式应当是以步进点频调谐的方式得到的..3．1 基本原理图根据工作原理;频谱分析仪和接收机可分为模拟式和数;字式两大类..外差式分析是当前使用最为广泛的接收和分析方法..下面就外差式频谱分析仪与接收机之间的主要差别作一分析..原理图如7所示;频谱仪与接收机类似;但是频谱仪与接收机在以下几方面差别较大：前端预选器、本振信号扫描、中频滤波器、测量精度..3．2 输入RF信号的前端处理接收机与频谱仪在输入端对信号进行的处理是不同的..频谱仪的信号输入端通常是较为简单的低通滤波器;而接收机要采用对宽带信号有较强的抗扰能力的预选器..通常包括一组固定带通滤波器和一组跟踪滤波器;完成对信号的预选..由于RF信号的谐波、交调和其它杂散信号的影响;造成频谱仪和接收机测试误差..相对于频谱仪而言;接收机需要更高的精度;故在接收机的前端比普通频谱仪多出一个预选器;提高选择性..接收机的选择性在GB／T6113CISPRl6中有明确规定..3．3 本振信号的调节现在的EMC测量;人们不止要求能手动调谐搜索频率点;也需要快速直观观察EUT under 一被测设备的频率电平特性..这就是要求本振信号既能测试规定的频率点;也能够在一定频率范围扫描..。
频谱仪使用方法详解
频谱仪使用方法详解
一、连接设备
1将频谱仪的电源线插入到电源插座，确保电源稳定可靠。
2.将频谱仪的测试天线连接到频谱仪的对应接口，一般常见的接口
为BNC连接器。
3.将频谱仪与其他设备的连接线连接好，例如与计算机的连接线、
遥控器的连接线等。
二、开机
1.打开频谱仪的电源开关，等待频谱仪进入正常工作状态。
2.调整频谱仪的各项参数，例如频率、带宽、分辨率等。
三、设置参数
1.根据测试需求，设置对应的参数，例如测试频率、扫宽、分辨率
等。
2.根据测试需求，选择对应的测试模式，例如频域模式、时域模式
等。
3.根据测试需求，设置对应的参考电平、耦合方式等参数。
四、测量信号
1.将测试天线放置在待测设备附近，确保能够接收到待测设备的信
号。
2.在频谱仪上观察信号的频谱图,根据信号的特征进行分析和判断。
3.根据测试需求，记录对应的测试数据，例如频率、电平等。
五、关机
1.关闭频谱仪的电源开关，断开电源线。
2.将测试天线和连接线整理好，以便下次使用。
在使用频谱仪的过程中，需要注意以下事项：
1.避免将频谱仪放置在高温、高湿、多尘、强磁场等环境中。
2.注意保持测试天线的清洁和稳定，避免测试结果的误差。
3.在测试过程中，避免对测试环境进行电磁干扰等影响。
4.在使用频谱仪前，请仔细阅读说明书，了解频谱仪的使用方法和
注意事项。
5,若遇到测试问题，可以联系专业人员进行咨询和解决。
《频谱仪的使用》
《频谱仪的使用》频谱仪是一种用于分析信号频谱特性的仪器，它能够将信号频谱以图形的方式展示出来，从而帮助我们更好地理解信号的频谱特性及其变化规律。
频谱仪在无线通信、音频处理、声学研究等领域有着广泛的应用，并且在科研领域中是一种非常重要的测试仪器。
频谱仪的基本工作原理是通过将输入信号进行变换，从时域转换到频域，然后将频域信号以图形形式显示出来。
常见的频谱仪可分为两种类型，分别是基于频谱分析法的频谱仪和基于光学原理的光谱仪。
基于频谱分析法的频谱仪通过对输入信号进行傅里叶变换，将信号从时域转换到频域，然后通过电子显示器等设备将频域信号以波形图的形式显示出来。
这种频谱仪适用于分析连续信号的频谱特性，可以很好地显示信号的频率分布和功率分布情况。
基于光学原理的光谱仪则是利用玻璃光栅或光纤光栅等光学元件分解出不同波长的光，并通过光电二极管等光敏器件将光信号转换为电信号，并通过显示器将电信号以图形的方式显示出来。
光谱仪适用于分析光信号的频谱特性，常用于光学实验和光谱分析领域。
对于频谱仪的使用，首先需要根据实际需求选购适合的型号和规格。
在使用过程中，应仔细阅读使用说明书，了解仪器的基本操作方法和安全注意事项。
为了保证测量结果的准确性，还需要注意以下几个方面：1.选择适当的输入信号源。
频谱仪的输入信号源可以是声音、光信号、无线电信号等，需要根据实际需求选择合适的输入源。
在使用前应确保输入信号源的稳定性和可靠性，以免影响测量结果。
2.设置合适的测量范围和分辨率带宽。
频谱仪的测量范围和分辨率带宽需要根据实际信号的频率范围和分辨率要求进行设置。
选择合适的测量范围和分辨率带宽可以提高测量的精确度和分辨能力。
3.避免干扰信号。
在使用频谱仪时，应尽量将测量环境中的干扰信号降至最低。
例如，在无线通信中，可以将频谱仪与被测信号之间隔离一定的距离，避免干扰信号对测量结果的影响。
4.使用合适的测量参数。
频谱仪提供了多种测量参数，例如功率谱密度、峰值功率、谱线宽度等。
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Eb=C/Rb 求出Eb/N0
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三、频谱仪使用：相位噪声测量1
间接测量
频谱仪本振相位噪声要优于对被测信 号相位噪声的要求
调整频谱仪中心频率，使被测载波位 于屏幕中心
调整参考电平使被测载波峰值点位于
屏幕顶线
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频率宽度约为欲测频率偏移量的10倍
中心频率和扫频宽带决定频谱仪观测频率范围
频谱仪中心频率指X轴中心点频率，与观测信号的中心频率相同
频谱仪频率宽度指X轴从最左端（低端）到最右端（高端）对应
的带宽，应略大于观测信号带宽
也可以通过设置起始频率（ Start Frequency ）和终止频率（
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Stop Frequency ）来设置频谱仪观测频率范围
Rs为调制符号速率）
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三、频谱仪使用：Eb/N0测量2
利用频谱仪直接测量 （设备验收时）
设置频谱仪功率测 量的信道带宽与被 测信道带宽相同
关闭噪声源，打开
频谱仪视频平均，
用频谱仪直接测量
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信号功率C
关闭信号，打开噪 声源，用频谱仪直 接测量噪声功率密 度N0
对应于不同型号，扫描时间最长可为300s、1500s、乃至4000s
扫描时间越长，在0 span条件下检测电平变化的范围就越大
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触发方式（Trigger Type）
通常有Free Run, Single, Line, Video, Offset, Delayed, External等 触发方式
选用合适的视频带宽
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三、频谱仪使用：频谱观测 单频信号观测4
选用本振相位噪声满足要求的频谱仪
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三、频谱仪使用：频谱观测 调制载波观测
选用合适的频率宽度和RBW、VBW及电平刻度
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三、频谱仪使用：频谱观测 突发载波观测
中心频率的参考电平以下10dB处 定时按Peak Search，读取并记录光标所对应的功率和频率值 对测试记录作统计处理 频谱仪功率稳定度和频率稳定度应优于被测信号指标
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三、频谱仪使用：Eb/N0测量1
通过测量C/N计算Eb/N0
将Display Line设为On
把光标移到参考电平（Marker to Reference Level)
Delta Marker
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三、频谱仪使用：参数设置（续四）
扫迹（Trace）
频谱仪一般有2～3个扫迹，单通常情况下只用一个扫迹
实时扫描扫迹（Clear Write）
最大值保持扫迹（Max Hold）
Center Frequency =（Start Frequency + Stop Frequency）÷2
Frequency Span = Stop Frequency - Start Frequency
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三、频谱仪使用：参数设置（续一）
参考电平（ Reference Level）和电平刻度（ Scale/Div）
RBW）
包络检波器的输入信号通常由对数放大器压缩信号的动态范围， 并且调整其电平范围
低通滤波器的带宽（视频带宽VBW）影响显示信号频谱的平滑度
现代频谱仪基本都采用高性能微处理器及DSP器件，使频谱仪的 测量功能得到大大提高
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二、频谱仪工作原理：主要性能指标
频率范围（Frequency Range）
（n为电平刻度数）
输入衰减（Input Attenuation)
对保护频谱仪输入级非常重要，强烈建议设置成自动调整方式
输入衰减越大，频谱仪底噪声电平越高
在确定输入信号电平足够小（全频段电平）时，把输入衰减设为0dB 可提高观察微弱信号的能力
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三、频谱仪使用：参数设置（续二）
最大输入信号电平（Maximum Safe Input Level）
主要由输入衰减器、放大器决定
一般分最大连续功率和最大脉冲功率
输入信号电平超过最大输入信号电平时，会损坏频谱仪
平均显示噪声电平（Displayed Average Noise Level）
决定频谱仪能显示的最小信号电平，有时也称“灵敏度”
最小值保持扫迹（Min Hold）
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观测突发信号时，常用最大值保持扫迹
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三、频谱仪使用：频谱观测 单频信号观测1
选用合适的RBW
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三、频谱仪使用：频谱观测 单频信号观测2
选用合适的扫描时间
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三、频谱仪使用：频谱观测 单频信号观测3
扫描时间过短会导致观测到的信号电平降低、频率右移
扫描方式（Sweep）
连续扫描（Continus Sweep）
单次扫描（Single Sweep）
Display Line
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便于测量一定带宽的信号电平时
光标（Marker）
寻找最大值（Peak Search）
把光标移到中心频率（Marker to CF）
用旋钮调整Display Line，使之与载波峰值相重合，并读取相应的电平值 ，该值为C＋N
继续调整Display Line，使之与底噪声相重合，并读取相应的电平值，该 值为N
从（C+N)/N计算出C/N
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利用C/N计算Eb/N0
C/N= C0/N0 Eb=C0×Rs/Rb Eb/N0 =(C/N) ×(Rs/Rb ) （Rb为信息速率
全国广播电视卫星通信工程师培训班
频谱仪原理与使用
刘波 副教授 南京通信工程学院
2006年9月 南京 国家广播电视安全播出调度中心 南京通信工程学院
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一、频谱仪简介：为什么要用频谱仪
卫星通信信号频率很高（数十兆赫到十几吉赫）、幅度很小（接 收信号经放大后通常仅几毫伏甚至更低）不便用示波器观测。
利用频谱仪最大值保持功能
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三、频谱仪使用：单载波的功率和稳定度测量
单载波功率测量：
适当调整Center Frequency、Span、Reference Level和RBW，使载波的峰 值落在显示范围内
按Peak Search，读出光标的功率值PMarker 计算载波功率
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视频带宽（Video Bandwidth － VBW）
选择较窄的视频带宽，可以得到较为平滑的谱线
本振相位噪声（LO Phase Noise）
由本振频率合成器决定
决定测量单频信号相位噪声的下限
影响能观测到的多频、窄带信号的电平范围
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二、频谱仪工作原理：主要性能指标（续一）
分辨带宽（RBW）
通常由频谱仪根据频率宽度自动设置
观察调制载波时，RBW通常应小于信号带宽的十分之一
观察单频信号时，宽的RBW容易漏掉单频信号附近的低电平信号
RBW越窄，扫描时间越长
视频带宽（VBW）和视频平均
通常与RBW保持某一比例（该比例可手动改变），由频谱仪自动设置
在混频器中，输入信号与本振混频，得到中频信号
本振信号一般由频率合成器产生，可在某一范围内扫描
中频放大器及衰减器对混频器输出中频信号的电平进行调整
中频带通滤波器选出中频信号
中频放大器及滤波器常采用多级级联，中频带宽由最后一级滤波
5
器带宽决定。该带宽可以受控改变，且决定频谱仪的分辨带宽（
卫星通信频带内通常有多个不同频率的调制载波同时存在，且在 信号上叠加有相当大的噪声，示波器无法观测。
对信号的微小失真，从时域有时很难观测。
2
对卫星通信信号通常用频谱仪在频域进行观测，而不是用示波器 在时域进行观测。
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一、频谱仪简介：功能与用途
与在时域上显示电压变化的示波器不同，频谱仪可在频域上显 示功率变化
参考电平为频谱仪Y轴方向最上端对应的电平
电平刻度为频谱仪Y轴方向每格代表的电平分贝数（Y轴以对数方式 显示时）
调整参考电平时，应使观测信号最大电平不超过参考电平
调整电平刻度时，应使所关心的信号电平变化显示比较明显，或所关
心的电平范围能在频谱仪上显示出来
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功率显示值 = Reference Level – Scale/Div * n
需要观测特定时间的信号频谱时，应选择适当的触发方式
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二、频谱仪工作原理：主要性能指标（续三）
其它测试功能
调制分析
噪声系数测试
发射损耗测试
EMI测试
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其它使用性能
频谱存储、打印、输出
编程、遥控
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三、频谱仪使用：参数设置
中心频率（Center Frequency）和频率宽度（Frequency Span ）
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窄的VBW可减小噪声及信号的随机起伏，使显示频谱越光滑，同时扫描时 间越长
当被观测信号的信噪比较低时，窄的VBW可使故测信号显示得更明显
视频平均与很窄得视频带宽效果基本相同
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三、频谱仪使用：参数设置（续三）
扫描时间（Sweep Time）
通常由频谱仪根据频率宽度、RBW和VBW自动设置