頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析

1、頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 n1. 概述概述 n2頻譜分析儀的工作原理頻譜分析儀的工作原理 n3頻譜分析儀性能參數(shù)的基本概念頻譜分析儀性能參數(shù)的基本概念 n4頻譜分析儀的測(cè)量準(zhǔn)確度頻譜分析儀的測(cè)量準(zhǔn)確度 n5頻譜分析儀使用中應(yīng)注意的問(wèn)題頻譜分析儀使用中應(yīng)注意的問(wèn)題 n6頻譜分析儀使用實(shí)例頻譜分析儀使用實(shí)例E4405B 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 n1.概述 n1.1時(shí)域分析 n1.2頻域分析 n1.3頻譜儀的發(fā)展 n2頻譜分析儀的工作原理 n2.1頻譜分析

2、儀的類型 n2.1.1.實(shí)時(shí)頻譜分析儀 n2.1.2.掃頻頻譜分析儀 n2.2超外差掃頻頻譜分析儀的 工作原理 n2.3基波及諧波混頻 n3頻譜分析儀性能參數(shù)的基 本概念 n3.1分辨力(RBW) n3.2選擇性 n3.3剩余調(diào)頻 n3.4邊帶噪聲 (相位噪聲) n3.5自適應(yīng)關(guān)系 n頻譜分析儀的工作原理和使用方 法 n3.6動(dòng)態(tài)范圍 n3.7靈敏度 n3.8視頻帶寬(VBW) n3.9信號(hào)/失真 n3.10 信號(hào)/噪聲 n4頻譜分析儀的測(cè)量準(zhǔn)確度 n4.1頻率測(cè)量準(zhǔn)確度 n4.2幅度測(cè)量準(zhǔn)確度 n5頻譜分析儀使用中應(yīng)注意的 問(wèn)題 n6頻譜分析儀使用實(shí)例 E4405B n6.1E4405B的前

3、后面板開關(guān)，旋 鈕，接頭的功能 n6.2測(cè)量實(shí)例測(cè)量AM信號(hào)波形 n6.3測(cè)量實(shí)例看懂校準(zhǔn)證書 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 1 概述 n1.1 時(shí)域分析 n1.2 頻域分析 n1.3 頻譜儀的發(fā)展 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 1 概述 n無(wú)論你是一個(gè)電子設(shè)備或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造工程 師，還是一個(gè)電子器件或系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)/修理 人員，都需要一臺(tái)能觀察并幫助你分析你的設(shè) 備或系統(tǒng)產(chǎn)生的電信號(hào)或電信號(hào)通過(guò)你的器件 或系統(tǒng)后質(zhì)量變化的情況，比如，信號(hào)的功率 和幅度，調(diào)制或邊帶等等，通過(guò)分析來(lái)驗(yàn)證你 的設(shè)計(jì)，確定器件或系統(tǒng)的性能，判

4、別故障點(diǎn)， 找出問(wèn)題的所在，這就是信號(hào)特性分析。 n目前，信號(hào)分析主要從時(shí)域，頻域和調(diào)制域三 個(gè)方面進(jìn)行。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 1 概述 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 1 概述 n1.1 時(shí)域分析時(shí)域分析 n所謂時(shí)域分析就是觀察并分析電信號(hào)隨時(shí)間的變化情 況。例如，信號(hào)的幅度，周期或頻率等。時(shí)域分析常 用儀器是示波器。但是示波器還不能提供充分的信息， 因此就產(chǎn)生了用頻域分析的方法來(lái)分析信號(hào)。 n1.2頻域分析頻域分析 n觀察并分析信號(hào)的幅度(電壓或功率)與頻率的關(guān)系，它 能夠獲取時(shí)域測(cè)量中所得不到的獨(dú)特信息。例如

5、諧波 分量，寄生信號(hào)，交調(diào)、噪聲邊帶。最典型的頻域信 號(hào)分析是測(cè)量調(diào)制，失真和噪聲。通常進(jìn)行信號(hào)頻域 分析的儀器就是頻譜分析儀。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 1.2頻域分析頻域分析 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 1.2頻域分析頻域分析 n頻譜分析儀(頻譜儀)是信號(hào)頻域特性分析的重 要工具。它將一個(gè)由許多頻率分量組成復(fù)雜的 信號(hào)分解成各個(gè)頻率分量。每一個(gè)頻率分量的 電平被依次顯示出來(lái)。 n頻域分析測(cè)量有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。用頻譜分析 的方法很容易測(cè)量一個(gè)信號(hào)頻率，功率，諧波 分量，調(diào)制假信號(hào)和噪聲等。 頻譜分析儀的工作原理和使

6、用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 1.2頻譜儀的發(fā)展頻譜儀的發(fā)展 n30年代末期，第一代掃頻式頻譜儀誕生。 n60年代末期，可以為頻譜儀提供頻率和幅度的校準(zhǔn)， 前端預(yù)選的頻譜儀問(wèn)世，它標(biāo)志著頻譜儀從此進(jìn)入了 定量測(cè)試的時(shí)代。 n70年代末，隨著集成電路技術(shù)，快速A/D變換技術(shù)， 頻率合成技術(shù)，數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)，尤其是微處理器技術(shù) 的飛速發(fā)展，頻譜儀的技術(shù)指標(biāo)大幅度提高。頻率范 圍擴(kuò)展到100Hz-20GHz，分辨力帶寬達(dá)到10Hz。 n現(xiàn)在，頻譜分析儀的測(cè)量頻率范圍已達(dá)到30Hz- 50GHz，外混頻可以擴(kuò)展到mm波波段，分辨力帶寬 從1Hz-3MHz，測(cè)量信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍100dB，顯示平

7、均 噪聲-110dBm。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 2 頻譜分析儀的工作原理 n2.1 頻譜分析儀的類型 n2.1.1.實(shí)時(shí)頻譜分析儀 n2.1.2.掃頻頻譜分析儀 n2.2 超外差掃頻頻譜分析儀的工作原理 n2.3 基波及諧波混頻 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 2 頻譜分析儀的工作原理 n我們知道，當(dāng)一個(gè)信號(hào)隨時(shí)間做周期或準(zhǔn)周期 變化時(shí)，用付里葉變換可以表示成一個(gè)基波分 量及許多諧波分量之和的形式。基波和各次諧 波的能量按其頻率高低的次序排列就是信號(hào)的 頻譜。 n對(duì)于非周期性信號(hào)(如隨機(jī)信號(hào))可以看成是一 個(gè)周期T為

8、無(wú)限大的周期信號(hào)，即頻率間隔為 無(wú)限小，其譜線是連續(xù)的，稱為連續(xù)譜。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 2.1.1 實(shí)時(shí)頻譜分析儀 n所謂實(shí)時(shí)頻譜分析儀是指能實(shí)時(shí)顯示信號(hào)在某 一時(shí)刻的所有頻率成分的分析結(jié)果。見圖2.2。 輸入預(yù)放 濾波檢波指示 圖2.2 實(shí)時(shí)頻譜分析 儀 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 2.1.1 實(shí)時(shí)頻譜分析儀 n被測(cè)輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)寬帶預(yù)放放大后，由多路分 配器分別送到并聯(lián)的多個(gè)帶通濾波器，每個(gè)濾 波器從被測(cè)信號(hào)中選出與其相對(duì)應(yīng)的頻譜分量， 經(jīng)檢波器檢波后送到各個(gè)顯示器保持并顯示。 現(xiàn)在基本不用。 n還有一種快

9、速付里葉變換(FFT)式頻譜分析儀 也屬于實(shí)時(shí)型頻譜分析儀，見圖2.1。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 2.1.1 實(shí)時(shí)頻譜分析儀 n還有一種快速付里葉變換(FFT)式頻譜分析儀也 屬于實(shí)時(shí)型頻譜分析儀，見圖2.1。 圖2.1 傅立葉 分析儀 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 2.1.1 實(shí)時(shí)頻譜分析儀 n圖2.3是付里葉分析儀原理框圖。由于取樣與 A/D轉(zhuǎn)換速度的限制，快速付里葉變換(FFT)式 頻譜分析儀無(wú)法用于高頻及微波范圍的頻譜分 析儀。 A DFFT 衰減器 模擬濾波器 取樣器 數(shù)字濾波器 處理器顯示器 模/數(shù)變換器

10、 fs圖2.3付里葉分析 儀原理框圖 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 2.1.2 掃頻頻譜分析儀 n調(diào)諧濾波式頻譜分析儀是用掃描發(fā)生器驅(qū)動(dòng)調(diào)諧濾波 器，在整個(gè)頻率范圍內(nèi)改變一個(gè)帶通濾波器的中心頻 率來(lái)工作的。隨著中心頻率的移動(dòng)，依次選出的被測(cè) 信號(hào)各頻譜分量，再經(jīng)濾波器和視頻放大后加到顯示 器的垂直偏轉(zhuǎn)電路。而水平偏轉(zhuǎn)的輸入信號(hào)來(lái)自驅(qū)動(dòng) 并調(diào)諧帶通濾波器的同一掃描發(fā)生器。這樣，水平軸 就可以用于表示頻率。 n目前大量使用的是超外差式頻譜分析儀。它又可以分 為掃中頻和掃高頻(掃前端)兩種。 n較老式的頻譜儀大都是掃中頻。由于掃頻寬度不大， 故又稱窄帶頻譜儀。掃中

11、頻頻譜儀的另一個(gè)缺點(diǎn)是可 能出現(xiàn)雜波干擾和假響應(yīng)較多，而且動(dòng)態(tài)范圍小，靈 敏度又低，現(xiàn)在基本被淘汰。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 2.1.2 掃頻頻譜分析儀 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 2.1.2 掃頻頻譜分析儀 調(diào)諧濾波器檢波器顯示器 掃描發(fā)生器 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 2.2 超外差掃頻頻譜分析儀的工作原理 n現(xiàn)代掃前端超外差頻譜分析儀的框圖見圖2.6。 主要組成部分有射頻輸入衰減器，預(yù)選器或低 通濾波器，混頻器，中頻(IF)放大器，中頻濾 波器，檢波器，視頻放大器，本振，

12、掃描發(fā)生 器和LCD顯示器。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 2.2 超外差掃頻頻譜分析儀的工作原理 圖2.6 掃前端超外差頻譜分析儀原理框圖 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 2.2 超外差掃頻頻譜分析儀的工作原理 n輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)射頻衰減后被控制在頻譜儀的安全輸入電平以內(nèi)，并且調(diào) 節(jié)到混頻器的最佳信號(hào)電平，已防止發(fā)生混頻壓縮和失真。 n信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)選器和低通濾波器進(jìn)入混頻器。 n信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻后，在其輸出端有原來(lái)的信號(hào)、本振信號(hào)，兩個(gè)輸入信號(hào) 的和頻信號(hào)/差頻信號(hào)，以及其他高次諧波信號(hào)。通常我們?nèi)∑洳铑l信號(hào)， 稱之為中頻信號(hào)。 n

13、中頻濾波器濾出中頻信號(hào)并進(jìn)行放大。 n中頻信號(hào)經(jīng)檢波和視頻濾波后加到顯示器上進(jìn)行顯示，視頻濾波器的作 用是對(duì)顯示屏上所顯示的掃跡進(jìn)行平均或平滑。 n頻譜儀所顯示的譜線是被測(cè)信號(hào)疊加上頻譜儀內(nèi)部的噪聲的總效應(yīng)。為 了減小噪聲對(duì)信號(hào)幅度的影響，要對(duì)經(jīng)檢波后的信號(hào)進(jìn)行視頻濾波或視 頻平均。 n當(dāng)所選擇的視頻帶寬等于或小于所選擇的分辨力帶寬(RBW)時(shí)，視頻電 路的響應(yīng)已經(jīng)跟不上中頻電路信號(hào)的變化，因此對(duì)所顯示的信號(hào)就進(jìn)行 了平均和平滑，兩者之間的比值越小，平滑的效果越好。 n視頻平均是智能頻譜儀為平滑提供的另一種選擇。它對(duì)多次掃描的數(shù)據(jù) 逐點(diǎn)進(jìn)行平均，因此顯示的譜線更加平滑。 頻譜分析儀的工作原理和

14、使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 2.2 超外差掃頻頻譜分析儀的工作原理 F11F(3.9214GHz) YTO (48)GHz 掃描發(fā)生器 顯示器 檢波器 對(duì)數(shù)放大器 帶寬濾波器 步進(jìn)放 大器 第三變 頻器 帶通濾波器 第三本振 300MHz 第二本振 3.6GHz 第二變 頻器 低通濾 波器 第一變 頻器低通濾波器 預(yù)選器 YTF (070)dB 第一本振 MXR1 F21F(321.4MHz) F31F(21.4MHz) F21F(321.4MHz) 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 2.3 基波及諧波混頻 n如果希望擴(kuò)展頻譜儀的工作頻率范圍，必

15、須加 寬第一本振的調(diào)諧或掃頻范圍，只得增加本振 的頻段和插件數(shù)目。這種基波混頻方式雖然有 好處，但是設(shè)備繁復(fù)，不經(jīng)濟(jì)。實(shí)際上完全可 以利用本振的諧波來(lái)與信號(hào)混頻，從而大大擴(kuò) 展工作頻段。 n鏡像頻率干擾鏡像頻率干擾 n頻譜儀是一臺(tái)超外差式接收機(jī)，它的混頻器是 寬帶的，因此在用頻譜儀測(cè)量信號(hào)時(shí)除了出現(xiàn) 所需的信號(hào)頻率譜線外，還會(huì)顯示出不需要的 鏡像頻譜。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 l 鏡像頻率干擾鏡像頻率干擾 n頻譜儀是一臺(tái)超外差式接收機(jī)，它 的混頻器是寬帶的，因此在用頻譜 儀測(cè)量信號(hào)時(shí)除了出現(xiàn)所需的信號(hào) 頻率譜線外，還會(huì)顯示出不需要的 鏡像頻譜。如圖所示

16、只要滿足;，條 件時(shí)，和都會(huì)出現(xiàn)在頻譜儀的顯示 屏幕上，這就是鏡像頻率干擾。 n有兩種方案可以抑制鏡像頻率響應(yīng) 的干擾：采用預(yù)選器和上變頻的高 中頻。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 l 鏡像頻率干擾鏡像頻率干擾 n(1) 預(yù)選器 n預(yù)選器的跟蹤技術(shù)，也就是寬帶YIG調(diào)諧濾波器和低相 噪YIG調(diào)諧振蕩器之間頻率關(guān)系的統(tǒng)調(diào)，是寬帶頻譜分 析儀的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。 n(2) 高中頻放大器 n為了抑制鏡像頻率響應(yīng)的影響，必須提高中頻。采用 上變頻方案，寬頻帶頻譜儀總是被劃分為高低兩個(gè)波 段。由于預(yù)選器頻率下限的限制，在高波段就采用了 預(yù)選器。而在低波段采用了高中頻上變頻

17、的方案。對(duì) 于低波段(9kHz2.95GHz)，本振為(48)GHz，第一 中頻為;從而在這一波段中很好地抑制了鏡頻信號(hào)干擾 的影響。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 2.3 基波及諧波混頻 n多重響應(yīng)本振的基波和諧波與同一信號(hào)混頻多重響應(yīng)本振的基波和諧波與同一信號(hào)混頻 產(chǎn)生同一中頻。產(chǎn)生同一中頻。 n諧波響應(yīng)諧波響應(yīng)本振的基波和諧波與信號(hào)的多個(gè)本振的基波和諧波與信號(hào)的多個(gè) 頻率成分進(jìn)行混頻產(chǎn)生同一中頻。頻率成分進(jìn)行混頻產(chǎn)生同一中頻。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3 頻譜分析儀性能參數(shù)的基本概念 n3.1 分辨力(RBW)

18、 n3.2 選擇性 n3.3 剩余調(diào)頻 n3.4 邊帶噪聲 (相位噪聲) n3.5 自適應(yīng)關(guān)系 n3.6 動(dòng)態(tài)范圍 n3.7 靈敏度 n3.8 視頻帶寬(VBW) n3.9 信號(hào)/失真 n3.10 信號(hào)/噪聲 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3 頻譜分析儀性能參數(shù)的基本概念 n當(dāng)我們選用頻譜儀進(jìn)到測(cè)量時(shí)，我們必須要知 道頻譜儀的一些最基本的技術(shù)技能，包括: 1 頻率測(cè)量范圍。(最低的頻率和最高的頻率)。 2 幅度測(cè)量范圍(也就是最大的輸入電平與最小可 測(cè)量的信號(hào))。 3 用頻譜儀同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)不同頻率的信號(hào)特性(動(dòng) 態(tài)范圍與分辨力)。 4 用頻譜儀測(cè)量不確定度(

19、包括幅度和頻率)。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.1 分辨力帶寬 (RBW) n分辨力帶寬分辨力帶寬(RBW)表征頻譜儀能明確分離表征頻譜儀能明確分離 出兩個(gè)等幅信號(hào)的能力。出兩個(gè)等幅信號(hào)的能力。 n理論上講被測(cè)信號(hào)以譜線的形式顯示在頻譜儀 的顯示屏上，但是實(shí)際上信號(hào)是不能為一條無(wú) 限窄的譜線，它有一定的寬度和形狀。 n頻譜儀的分辨力取決于中頻濾波器的帶寬，因 此也稱為頻譜儀的分辨力帶寬。濾波器的帶寬 通常由3dB(功率)或6dB(電壓)點(diǎn)描述，帶寬越 小，分辨力就越高。因此中頻濾波器的3dB帶 寬決定了區(qū)別兩個(gè)等幅度信號(hào)的最小頻率間隔。 頻譜分析儀的工

20、作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.1 分辨力帶寬 (RBW) 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.1 分辨力帶寬 (RBW) 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.2 選擇性 n表征頻譜儀能夠明確分辨出兩個(gè)不等幅度信號(hào) 的能力，也叫形狀因子。它通常被規(guī)定為中頻 濾波器60dB帶寬和3dB帶寬的比值。兩個(gè)幅度 相差60dB的不等幅度信號(hào)的頻率間隔至少是 60dB帶寬一半的情況下才能分辨出小信號(hào)，因 此選擇性是分辨不等幅信號(hào)的關(guān)鍵參數(shù)。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.2

21、選擇性 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.2 選擇性 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.2 選擇性 n實(shí)際上，形狀因子表明濾波器特性曲線偏離矩形的程 度，也表示它具有排除下邊較小干擾信號(hào)或噪聲的能 力。波形因子越小，曲線越接近矩形，顯示出的譜線 下端越清晰，60dB帶寬也是能否分辨大譜線近旁的小 譜線的決定因素，位于60dB帶寬以內(nèi)的小譜線顯然會(huì) 被曲線的“下擺”部分掩蓋。 n老式的頻譜儀中頻濾波器的選擇性為25:1。現(xiàn)代頻譜 儀中所設(shè)計(jì)的模擬濾波器采用同步調(diào)諧式，具有4個(gè)以 上的極點(diǎn)，幅頻特性呈高斯分布，高質(zhì)量的頻譜儀其

22、 選擇性可以達(dá)到15:111:1。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.2 選擇性 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.3 剩余調(diào)頻 n頻譜儀本振穩(wěn)定度是影響分辨力進(jìn)一步提高。 本振的短期不穩(wěn)定度表現(xiàn)為剩余調(diào)頻。，典型 的頻譜儀其剩余調(diào)頻可以達(dá)到：開環(huán)本振為 1kHz，鎖頻本振為30Hz，合成本振1Hz。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.3 剩余調(diào)頻 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.3 剩余調(diào)頻 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用

23、方法剖析 3.4 邊帶噪聲 (相位噪聲) n邊帶噪聲影響到近端(對(duì)載波而言)低電平信號(hào)的分辨。 n相位噪聲被規(guī)定為低于載波dBc或dB，只有當(dāng)一個(gè)信 號(hào)離系統(tǒng)噪聲本底足夠高時(shí)才能被顯示。 n由于系統(tǒng)相位噪聲曲線實(shí)際上覆蓋了一個(gè)較小的信號(hào)， 因此頻譜儀上還是不能顯示出另一個(gè)小信號(hào)。 n相位噪聲指標(biāo)被歸一化到1Hz帶寬。因此如果我們需 要測(cè)量一個(gè)離開載波10kHz、比載波低50dB的信號(hào)， RBW為1kHz，我們就要求頻譜儀系統(tǒng)本身的相噪指標(biāo) 為偏離載波10kHz,相噪為-80dBc/Hz;因?yàn)橛玫仁? 50dBc-10log(1kHz/1Hz)=-50-30=-80dBc。將 50dBc/1kH

24、z RBW歸一化到80dBc/1Hz。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.5 自適應(yīng)關(guān)系 n上面分析的分辨力帶寬都是指在電路處于穩(wěn)態(tài) 情況下的指標(biāo)，但是針對(duì)頻譜儀使用的實(shí)際情 況還有一個(gè)很重要的因素影響到頻譜儀的有效 分辨力，這就是頻譜儀的掃描時(shí)間。 n如果頻率變化率（即掃描速度）太快，某頻率 分量尚未達(dá)到穩(wěn)定的幅度值，便變成了另一個(gè) 頻率，以至在各個(gè)頻率上都達(dá)不到應(yīng)有的幅度， 輸出波形比起中頻濾波器的曲線（亦即在慢速 掃頻時(shí)的顯示）有明顯的壓低，展寬和滯后 （如圖所示）。 n分辨力：分辨力帶寬決定了測(cè)量時(shí)間。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作

25、原理和使用方法剖析 3.5 自適應(yīng)關(guān)系 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.6 動(dòng)態(tài)范圍 n動(dòng)態(tài)范圍是頻譜儀在測(cè)量信號(hào)幅度方面的一個(gè)主要技 術(shù)性能，它的定義是在給定的測(cè)量精度的條件下，頻 譜儀能夠測(cè)量的同時(shí)存在于輸入端的最大信號(hào)與最小 信號(hào)之比，它表征了測(cè)量同時(shí)存在的兩個(gè)信號(hào)幅度差 的能力。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.7 平均噪聲電平 n頻譜分析儀的一個(gè)最主要的用途是探索并測(cè)量低電平 信號(hào)，頻譜儀的靈敏度就是它能測(cè)量的最小信號(hào)的度 量。理論上一個(gè)50電阻負(fù)載的熱噪聲功率譜密度為- 174dBm。(其中,則電阻的噪聲功

26、率譜密度)。一個(gè)理想 完美的接收機(jī)將不再在熱噪聲功率的基礎(chǔ)上再疊加任 何噪聲功率，根據(jù)接收機(jī)理論，最小可測(cè)量的信號(hào)電 平由下式?jīng)Q定。 n式中:fdB-整機(jī)噪聲系數(shù); nB-接收機(jī)3dB帶寬(以Hz為單位) BfdBdBmP in log10174 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.8 視頻帶寬(VBW) n視頻帶寬(VBW)不影響頻譜分析儀的頻率分辨力，也 不能改進(jìn)靈敏度，但是它可以改善低信/噪比測(cè)量的鑒 別性和重復(fù)性。 n靈敏度/顯示平均噪聲電平值：視頻寬帶 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.8 視頻帶寬(VBW) 頻譜

27、分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.8 視頻帶寬(VBW) n一般視頻帶寬(VBW)應(yīng)該(0.10.01)分辨力帶 寬(RBW)。 n從公式可以看出，靈敏度主要受限于整機(jī)的噪 聲系數(shù)和頻譜儀的中頻帶寬，該噪聲主要是中 頻放大器的中頻濾波器中頻帶寬內(nèi)的噪聲能量， 因此最低的顯示噪聲平均電平對(duì)應(yīng)于最窄的分 辨力帶寬。 n頻譜分析儀的最佳靈敏度應(yīng)該是在最窄的分辨 力帶寬，最小的輸入射頻衰減器設(shè)置，以及用 足夠的視頻濾波器帶寬的情況下獲得的。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.9 信號(hào)/失真 n任何非線性器 件都有失真現(xiàn) 象，由于頻譜

28、儀中的混頻器 是一個(gè)非線性 器件，它的輸 出除了包含所 需的中頻分量 外，它們將產(chǎn) 生內(nèi)部失真。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.10 信號(hào)/噪聲 n與失真圖相似，我們也可以畫出一張信號(hào)/噪聲比與輸入功率之間的 關(guān)系曲線圖。頻譜儀的最大動(dòng)態(tài)范圍發(fā)生在最大可能的信號(hào)電平處。 n與失真圖相似，我們也可以畫 出一張信號(hào)/噪聲比與輸入功率 之間的關(guān)系曲線圖。頻譜儀的 最大動(dòng)態(tài)范圍發(fā)生在最大可能 的信號(hào)電平處。 n例如，假設(shè)頻譜儀內(nèi)部噪聲為 30dB，當(dāng)分辨力帶寬B=1kHz 時(shí)，最小可測(cè)信號(hào)為其靈敏度， DANL=-174+30+30=-114dBm。 當(dāng)輸入信號(hào)

29、功率為-14dBm時(shí)， 信噪比為-100dBc，而當(dāng)輸入 電平為-70dBm時(shí)，信噪比便降 為-44dBc。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.10 信號(hào)/噪聲 n頻譜儀的動(dòng)態(tài)范圍由三個(gè)因素決定: n系統(tǒng)的寬帶噪聲本底(靈敏度) n輸入混頻器的失真性能 n本地振蕩器的相位噪聲 n前兩個(gè)因素用來(lái)計(jì)算最大動(dòng)態(tài)范圍，因而實(shí)際 的動(dòng)態(tài)范圍是計(jì)算的最大動(dòng)態(tài)范圍和噪聲邊帶 決定動(dòng)態(tài)范圍兩者中的最小值。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3.10 信號(hào)/噪聲 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 4 頻譜分析儀的

30、測(cè)量準(zhǔn)確度 n4.1 頻率測(cè)量準(zhǔn)確度 n4.2 幅度測(cè)量準(zhǔn)確度 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 4 頻譜分析儀的測(cè)量準(zhǔn)確度 用頻譜分析儀測(cè)量信號(hào)很關(guān)心的一點(diǎn)就是要給出該信號(hào)各分量的幅度 和頻率。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 4.1 頻率測(cè)量準(zhǔn)確度 n用頻譜分析儀測(cè)量一個(gè)復(fù)雜波形信號(hào)的各頻率時(shí)明顯優(yōu)于任何頻 率計(jì)數(shù)器。其測(cè)頻的準(zhǔn)確度分兩種情況給出。 n沒有內(nèi)置計(jì)數(shù)器的頻譜分析儀頻率讀出的允許誤差極限為 n頻率讀數(shù)頻率參考誤差+掃頻寬度誤差+分辨力帶寬 n頻率參考誤差=老化率自調(diào)整的時(shí)間間隔+調(diào)整力+溫度穩(wěn)定性 n例:讀出數(shù)率

31、為1GHz，掃頻寬度500kHz，誤差1%，分辨力帶寬 3kHz誤差20%；頻率參考:年老化率: 。溫度穩(wěn)定性: ，調(diào)整力頻 率參考的誤差=， n頻率測(cè)量的誤差=內(nèi)置頻率計(jì)數(shù)器的標(biāo)志頻率的允許誤差為 n標(biāo)志頻率讀數(shù)頻率參考誤差+計(jì)數(shù)器分辨力 n例:標(biāo)志頻率讀數(shù)為1GHz 計(jì)數(shù)器分辨力為1Hz n頻率測(cè)量誤差=差頻(相對(duì))標(biāo)志測(cè)量頻率誤差為 n差頻頻標(biāo)頻率參數(shù)誤差+2計(jì)數(shù)器分辨力 kHzHzHzGHz5 . 77501)1105 . 71 ( 6 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 4.2 幅度測(cè)量準(zhǔn)確度 nA 絕對(duì)幅度測(cè)量絕對(duì)幅度測(cè)量 n用頻譜儀進(jìn)行信號(hào)幅度的絕對(duì)

32、測(cè)量實(shí)際上是相對(duì)于一個(gè)已知幅度的用頻譜儀進(jìn)行信號(hào)幅度的絕對(duì)測(cè)量實(shí)際上是相對(duì)于一個(gè)已知幅度的 校準(zhǔn)源進(jìn)行相對(duì)測(cè)量。頻譜儀在工作之初就已經(jīng)用它對(duì)其幅度的準(zhǔn)校準(zhǔn)源進(jìn)行相對(duì)測(cè)量。頻譜儀在工作之初就已經(jīng)用它對(duì)其幅度的準(zhǔn) 確度進(jìn)行校準(zhǔn)，因此其準(zhǔn)確度取決于：確度進(jìn)行校準(zhǔn)，因此其準(zhǔn)確度取決于：1.校準(zhǔn)器的準(zhǔn)確度校準(zhǔn)器的準(zhǔn)確度 ，2.頻率頻率 響應(yīng)響應(yīng) ，3.參考電平的不確定度。參考電平的不確定度。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 b 相對(duì)幅度測(cè)量相對(duì)幅度測(cè)量 n用頻譜儀進(jìn)行信號(hào) 幅度的相對(duì)測(cè)量， 例如測(cè)量一個(gè)信號(hào) 的諧波失真，往往 是把基波信號(hào)作為 參考，測(cè)量諧波幅 度比基波

33、低多少。 n相對(duì)幅度測(cè)量的準(zhǔn) 確度取決于：1.顯示 保真度 2.頻率響應(yīng) 3.RF輸入衰減器 4. 參考電平 5.分辨力 帶寬 6.顯示器刻度。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 b 相對(duì)幅度測(cè)量相對(duì)幅度測(cè)量 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 5 頻譜分析儀使用中應(yīng)注意的問(wèn)題 n使用過(guò)程中特別注意以下幾點(diǎn): n頻譜儀和被測(cè)儀起器都可靠接地。 n操作員要帶接地手環(huán)。 n在“DC耦合”下，所測(cè)的信號(hào)不允許包含直流電壓成 分，否則會(huì)導(dǎo)致頻譜儀工作狀態(tài)發(fā)生變化，幅度測(cè)量 不準(zhǔn)確，甚至?xí)龤Щ祛l管。 n頻譜儀的最大輸入功率不能超過(guò)最大允許值

34、 （+30dBm）。 n在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所選用的頻譜分析儀的阻抗，應(yīng)與被 測(cè)對(duì)象的阻抗一致。否則因失配而影響幅度測(cè)量的準(zhǔn) 確度。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 6 頻譜分析儀使用實(shí)例E4405B n6.1 E4405B的前后面板開關(guān)，旋鈕，接頭的功 能 n6.2 測(cè)量實(shí)例測(cè)量AM信號(hào)波形 n6.3 測(cè)量實(shí)例看懂校準(zhǔn)證書 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 6 頻譜分析儀使用實(shí)例E4405B 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 6.1 E4405B的前后面板開關(guān)，旋鈕，接頭的功能 n1) 電源開關(guān)電源開

35、關(guān) n 開機(jī) n 關(guān)機(jī)（待機(jī)狀態(tài)） n2) 設(shè)置頻率和電平設(shè)置頻率和電平 nFrequency(Channel):設(shè)置與頻率有關(guān)的參數(shù)。 nCenter Freq.（中心頻率）；Start Freq. （始點(diǎn)頻率）；Stop Freq.(終 點(diǎn)頻率)；CF Step（中心頻率步進(jìn)）；Signal Track Off/On(信號(hào)軌 跡，開、關(guān))；Scale Tyoe-Log/Lin（標(biāo)尺類型）。 n說(shuō)明： nSpan(X Scale): 設(shè)置與水平軸有關(guān)的參數(shù)。 nSpan （跨度，掃頻寬度）；Span Zoom （掃頻寬度放縮）；Full Span （全跨度，全掃）；Zero Span （零跨

36、度，零掃）；Last Span （上次寬度設(shè)置）。 nZone （分區(qū)顯示）Off/On；Zone Center （分區(qū)中心頻率）；Zone Span （分區(qū)掃頻寬度）。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 3) 設(shè)置輸入輸出設(shè)置輸入輸出 nInput/Output ：設(shè)置與輸入輸出關(guān)的參數(shù)。 nInput Z Corr, 50/75 （輸入輸出阻抗）；Copling， AC/ DC （輸入耦合，AC/DC）；Amplitude Ref Set （f=250MHz）, on/off （幅度參考設(shè)置，開/關(guān)）； n View/Trace ：設(shè)置與光軌跡有關(guān)的參數(shù)。

37、nTrace 1，2，3 （光軌跡1，2，3）；Clear Writer （清除寫入）； Max Hold （最大值保持）；Min Hold （最小值保持）；View （觀看）；Blank （空）；Operation （操作）；Normalizing （歸一化）Stop Ref （終點(diǎn)參考），on/off；Norm Ref Posn （歸一化參考位置）。 nDisplay ：設(shè)置與顯示有關(guān)的參數(shù)。 nFull Scale (全屏顯示)；Display Line （顯示線）；Limits （限定 值）。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 4) 設(shè)置與測(cè)量有關(guān)的參數(shù)

38、設(shè)置與測(cè)量有關(guān)的參數(shù) nMeasure ：設(shè)置測(cè)量項(xiàng)目，與Meas Setup 配合使用。 nMeas off （撤銷測(cè)量）；Channel Pwr （通道功率）；Occupied BW （占用帶寬）；ACP （相鄰信道功率）；Multi Carrier Power （多載波功率）；Power State CCDF （ 互補(bǔ)累積分布函 數(shù)）；Harmonic Distortion (諧波失真)；BurstPower （突發(fā)功 率）；Intermod （TOI）（交互調(diào)制）；Spectrum Emission（頻 譜發(fā)射）； Spectrum Emission Mask （頻譜發(fā)射屏蔽）. nM

39、eas Set ：設(shè)置測(cè)量項(xiàng)目，與Measure 配合使用。 nAvg Number （平均數(shù)）；Avg Mode （平均模式）Exp Repeat （指數(shù)重復(fù)）；Range Table （范圍表）；Max Hold （最大值保持）；OCP BW PWR （帶內(nèi)功率比）；OBW Span （占用寬度）；X dB （分貝數(shù)）；Optimize （優(yōu)化）。 頻譜分析儀的工作原理和使用方法 頻譜分析儀工作原理和使用方法剖析 6.1 E4405B的前后面板開關(guān)，旋鈕，接頭的功能 n5) 測(cè)量控制測(cè)量控制 nRestart （重新測(cè)量）。（重新測(cè)量）。 nMeas Control （測(cè)量控制）（測(cè)量控制）Restart （重新測(cè)量）；（重新測(cè)量）；Measure， Singl