儀器原理及使用

1、儀器原理及使用技術(shù)部京信通信技術(shù)有限公司2004.7.22 v1.0密級：保密目錄信號分析原理頻譜儀原理頻譜儀參數(shù)特性矢量圖介紹頻譜儀使用密級：保密信號分析原理n正弦波信號的三個參數(shù)：幅度、頻率、正弦波信號的三個參數(shù)：幅度、頻率、相位相位時域頻域A0tTA0ff=1/T密級：保密信號分析原理n調(diào)制信號就是改變正弦波的參數(shù)調(diào)制信號就是改變正弦波的參數(shù)AM (調(diào)幅)FM (調(diào)頻)PM (調(diào)相)密級：保密信號分析原理n周期信號的分解與變換周期信號的分解與變換密級：保密信號分析原理n信號的時域與頻域測試信號的時域與頻域測試時間幅度(power)頻率時域內(nèi)的測試頻域內(nèi)的測試密級：保密頻譜儀原理n簡單的頻

2、譜儀原理框圖簡單的頻譜儀原理框圖低通濾波器晶振LogAmp衰減器ATT混頻器中頻濾波器RBW檢波器Detector視頻濾波器VBW本振掃描產(chǎn)生器中頻放大REF LevelInputsignaldisplay密級：保密頻譜儀原理n頻譜儀對信號功率的測試過程頻譜儀對信號功率的測試過程衰減（ATT)變頻處理中頻帶通處理（RBW）檢波處理視頻濾波處理（VBW）檢波方式處理顯示密級：保密頻譜儀原理n輸入射頻衰減器輸入射頻衰減器：儀器中表現(xiàn)為儀器中表現(xiàn)為ATT作用作用：1.保證寬頻帶良好的匹配特性。 2.衰減輸入射頻信號，保護混頻及中 頻處理電路。一般ATT以10dB為步進（也有以5dB為步進的），ATT

3、與中頻放大器是聯(lián)動工作的，ATT變化時中頻放大器增益也會變化，所以不會引起顯示電平的變化。ATT越小，儀器靈敏度越高。ATT=0dB會增加輸入駐波比，降低測量精度。密級：保密頻譜儀原理n輸入射頻衰減器對噪聲底的影響輸入射頻衰減器對噪聲底的影響ATT值越大，中頻放大器的增益越高，噪聲底就越高密級：保密頻譜儀原理n中頻放大器：儀器表現(xiàn)為中頻放大器：儀器表現(xiàn)為REF Level作用：放大中頻信號改變參考電平（ REF Level）其實就是改變中頻放大器的增益。測試時，最大信號要在參考電平以下，否則易引起過載，造成測試結(jié)果不準。屏幕最上面的網(wǎng)格線就是參考電平，所以最好使最大信號置于屏幕頂端下來1/3格

4、左右，測試結(jié)果最準確。密級：保密頻譜儀原理n中頻濾波器：儀器表現(xiàn)為中頻濾波器：儀器表現(xiàn)為RBW作用：是一個可變帶寬的濾波器RBW值就是當前儀器能分辯的最小帶寬，頻率間隔小于RBW的信號是分辨不出來的。RBW值越小，則分辨率越高，而掃描時間就越長。RBW值越小，則濾波器帶寬越窄，噪聲底就越低。密級：保密頻譜儀原理n不同不同RBW設置設置對測試結(jié)果的影響對測試結(jié)果的影響顯示顯示輸入頻譜輸入頻譜中頻濾波器的帶寬中頻濾波器的帶寬(RBW)密級：保密頻譜儀原理nRBW值對噪聲底的影響值對噪聲底的影響RBW值越大，濾波器帶寬越寬，通過的噪聲越多，噪聲底就越高100 kHz RBW10 kHz RBW1 k

5、Hz RBW10 dB10 dB密級：保密頻譜儀原理n檢波器檢波器:Detector作用：把信號功率轉(zhuǎn)換為視頻電壓檢波方式：Peak 最高點檢波（取最高點）Neg Peak 負峰值檢波（取最低點）AUTO Peak Sample 取樣檢波（取第一個取樣值）RMS 有效值檢波（取所有取樣點的均方根）QPK 準峰值檢波，EMC測試時用得多密級：保密頻譜儀原理n不同的檢波器在顯示屏上不同的數(shù)據(jù)處理不同的檢波器在顯示屏上不同的數(shù)據(jù)處理pixel n(8 samples)pixel n+1(8 samples)displayed pixels rms A/D samples(linear range)s

6、1 s2 s3 s4 s5 s6 s6 s8 s1 s2 s3 s4 s5 s6 s6 s8 i =18si218prms=max peakmin peaksample抽樣8個點，但在屏幕上只顯示一個點密級：保密頻譜儀原理n檢波器檢波器對測量結(jié)果的影響對測量結(jié)果的影響針對不同特性輸入信號，需采用不同檢波方式才能準確測出該信號功率。CW信號：Peak檢波，RBW、VBW盡量小連續(xù)譜調(diào)制信號：RMS檢波，VBW3RBW噪聲及雜散信號：Sample檢波并功率平均處理信號的包絡波形：Sample檢波并電壓平均處理建議把檢波方式置于自動，讓儀器自動完成相關(guān)設置密級：保密頻譜儀原理n視頻濾波器：儀器表現(xiàn)為

7、視頻濾波器：儀器表現(xiàn)為VBW作用：1、對檢波后信號進行低通濾波處理。 2、減小顯示噪聲的抖動范圍。減小VBW值有利于發(fā)現(xiàn)淹沒在噪聲中的小功率CW信號。VBW值越小，平滑作用越明顯。密級：保密頻譜儀原理n視頻濾波器對噪聲的平滑作用視頻濾波器對噪聲的平滑作用VBW=300KHzVBW=1KHz密級：保密頻譜儀參數(shù)特性n 濾波器特性 n 相位噪聲（頻譜純度）n 靈敏度n 系統(tǒng)非線性n 動態(tài)范圍n 測量精度密級：保密頻譜儀參數(shù)特性n中頻中頻濾波器特性濾波器特性3 dB60 dB60 dBBW60 dB BW3 dB BW3 dB BW矩形系數(shù) =密級：保密頻譜儀參數(shù)特性n中頻中頻濾波器濾波器矩形系數(shù)越

8、小，對不等幅信矩形系數(shù)越小，對不等幅信號的頻率分辨率越高號的頻率分辨率越高RBW = 10 kHzRBW = 1 kHz失真產(chǎn)物60 dB BW = 15 kHz7.5 kHz3 dB60 dB10 kHz10 kHz矩形系數(shù)15:1密級：保密頻譜儀參數(shù)特性n相位噪聲相位噪聲相位噪聲本質(zhì)上反映信號頻率的短期穩(wěn)定度。儀器的相位噪聲決定于晶振的相位噪聲。例子：Phase NoisedBc/Hz1Hz帶寬Offset freq.f0-105 dBc/Hz10kHz offset意味著：在偏移信號載波10kHz處1Hz帶寬內(nèi)噪聲功率（功率譜密度）比載波功率低105 dB密級：保密頻譜儀參數(shù)特性n相位噪

9、聲對測試結(jié)果的影響相位噪聲對測試結(jié)果的影響無法識別密級：保密頻譜儀參數(shù)特性n靈敏度靈敏度靈敏度定義為在一定分辨帶寬下顯示的平均噪聲電平（DANL），是儀器的重要指標。儀器內(nèi)部混頻器及各級放大器會產(chǎn)生噪聲，通過檢波器反映為顯示白噪聲電平（DANL）。最終顯示信號電平為輸入信號電平和儀器噪聲的功率和，被測信號的電平等于儀表噪聲時，信號則近似3dB突起顯示在噪聲電平上。當信號比儀器噪聲功率大1020dB以上，儀器噪聲的影響可忽略不計。密級：保密頻譜儀參數(shù)特性n提高測試靈敏度的技術(shù)方法提高測試靈敏度的技術(shù)方法減小儀器輸入衰減器（ATT）。減小儀器分辨率帶寬（RBW）。充分利用視頻濾波器（VBW）VBW

10、0.10.01RBW。增加前置放大器（會影響動態(tài)范圍）。密級：保密頻譜儀參數(shù)特性n系統(tǒng)非線性系統(tǒng)非線性三階交調(diào)諧波密級：保密頻譜儀參數(shù)特性n三階交調(diào)三階交調(diào)在指標上一般表現(xiàn)為三階截獲點（TOI），TOI越高表示儀器的失真越小。 -50 dBcff2f - f1212Powerin dB33212f - f三階交調(diào)產(chǎn)物三階交調(diào)產(chǎn)物變化規(guī)律密級：保密頻譜儀參數(shù)特性n三階交調(diào)產(chǎn)物的鑒別三階交調(diào)產(chǎn)物的鑒別密級：保密頻譜儀參數(shù)特性 -50 dBc -40 dBc3f2f3fPowerin dB2n諧波諧波測試時要注意諧波的影響，避免誤判諧波失真產(chǎn)物諧波失真產(chǎn)物變化規(guī)律密級：保密頻譜儀參數(shù)特性n動態(tài)范圍動

11、態(tài)范圍動態(tài)范圍表征儀器同時測量大小信號能力。例子：測試主信號10MHz外100kHz帶寬內(nèi)的雜散信號（-95dBm）10dBm 儀器靈敏度-155dBm/Hz噪聲電平： -155dBm/Hz20dB=-135dBm/HzATT=20dB100 kHz10MHz100kHz內(nèi)噪聲電平：-135dBm/Hz10log(100k)=-85dBm/100kHz被測信號要求-95dBm，故無法測試，需要更高動態(tài)范圍的儀器才能直接測到密級：保密頻譜儀參數(shù)特性n測量精度測量精度分頻率測量精度與幅度測量精度。頻率測量精度l光標讀數(shù)： (頻率讀數(shù)X參考頻率誤差+0.5%X頻率跨度+10%X分辨帶寬+最后顯示位X

12、1/2)l計數(shù)器讀數(shù): (頻率讀數(shù)X參考頻率誤差+最后顯示位X1/2)密級：保密頻譜儀參數(shù)特性n測量精度測量精度幅度測量精度n頻率響應n衰減器誤差n中頻增益誤差n線性誤差n帶寬切換誤差n失配誤差誤差來源：密級：保密矢量圖介紹n矢量圖可以反映信號的相位和幅度，是描述調(diào)制信號的一種直觀有效方法。相位幅度0 deg符號點密級：保密矢量圖介紹PhaseMag0 deg調(diào)幅Phase0 deg調(diào)相調(diào)頻調(diào)幅調(diào)相0 deg0 deg密級：保密矢量圖介紹n調(diào)制質(zhì)量（RHO）：主要影響參數(shù)有時間偏差、頻率誤差、相位誤差、矢量誤差、幅度誤差等。IQ幅度誤差幅度誤差矢量誤差矢量誤差理想信號理想信號相位誤差相位誤差實

13、際實際信號信號f f密級：保密矢量圖介紹n調(diào)制方式越復雜，符號點數(shù)量多，每符號代表比特率多。相同比特率傳輸條件下調(diào)制信號占用頻帶窄，帶寬利用率高。GSMGMSKCDMAQPSK(BTS) OQPSK(MS)WCDMAQPSK(BTS) HPSK(MS)PHSPSKAEVD16QAMWLAN(802.11b）QPSK密級：保密矢量圖介紹PSK10IQ000111PSKIQIQ01BPSKMSKIQPSKIQ8PSKIQ密級：保密矢量圖介紹nCDMA信號矢量圖實例：波形質(zhì)量時間偏差頻率誤差矢量誤差幅度幅度誤差相位誤差密級：保密矢量圖介紹n調(diào)制方式越復雜，信號抗干擾性差，需利用大發(fā)射功率來克服干擾影

14、響達到通信質(zhì)量要求。IQ矢量和矢量和信號信號干擾干擾IQ矢量和矢量和信號信號干擾干擾密級：保密頻譜儀使用nR-3131A頻譜儀面板頻譜儀面板軟菜單設置顯示屏電源開關(guān)掃頻輸出口數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)測試狀態(tài)設置測試結(jié)果讀取系統(tǒng)管理射頻輸入口測試狀態(tài)設置密級：保密頻譜儀使用n頻率設置頻率設置 FREQ FREQ FREQ輸入所需頻率(DATA區(qū)域)STARTSTOP輸入所需開始頻率輸入所需結(jié)束頻率中心頻率設置：頻段設置：密級：保密頻譜儀使用n帶寬設置帶寬設置 SPAN輸入所需帶寬(DATA區(qū)域)密級：保密頻譜儀使用n標識點設置標識點設置 PK SRCH MKRpeak menumin peak MKRnorm

15、al marker最高點設置最小點搜尋標識點正常標識設置密級：保密頻譜儀使用n標識點設置標識點設置 MKRDelta marker MKRDelta marker1/2，moreFixed peak on/off MKRPeak menuCont peak on/offDISPLAYDisplay line on/off輸入電平值 設成 on設成 on設成 on相對點設置固定相對點設置跟蹤最高點設置絕對參考線設置密級：保密頻譜儀使用n參考點設置參考點設置DISPLAYRef line on/off輸入電平值 LEVEL輸入電平值 LEVELRef offset on/off輸入偏移量設成 on

16、設成 on相對參考線設置參考電平設置參考電平偏移量設置密級：保密頻譜儀使用n輸入阻抗設置輸入阻抗設置 LEVELinput 50/75設成所需阻抗一般為50 LEVELunitdBm TGTG level輸出功率電平值n單位設置單位設置n輸出功率設置輸出功率設置密級：保密頻譜儀使用 TGTG offSHIFT CONFIGn關(guān)掉輸出功率設置關(guān)掉輸出功率設置n復位復位密級：保密頻譜儀使用n視頻帶寬設置視頻帶寬設置 BWVBW AUTO/MNLAUTO 自動設置 MNL 手動設置 輸入帶寬值 BWRBW AUTO/MNLAUTO 自動設置 MNL 手動設置輸入帶寬值 n分辨率帶寬設置分辨率帶寬設置

17、密級：保密頻譜儀使用n掃描時間設置掃描時間設置 SWEEPSwp time AUTO/MNLAUTO 自動設置MNL 手動設置 輸入掃描時間密級：保密頻譜儀使用n波動常規(guī)測法波動常規(guī)測法:先尋找頻帶內(nèi)最低點，再測量最高點與最低點的功率差。掃頻測試MKRPeakMenuCont PeakON/OFFMKRPeakMenuCont PeakON/OFFMin PeakDeltamarkerPK SRCH注意：測試前請關(guān)閉自動最高點搜索功能密級：保密頻譜儀使用點頻測試TRACEMax HoleADISPLAYRef LineON/OFF對測試點抽樣保持后：方法1：關(guān)閉自動最高點搜索功能，靈活應用 功

18、能測試最高點與最低點的功率差。方法2：打開參考線，把線移到最低點處，讀數(shù)即波動值。，moreCont PeakON/OFF注意：測試前請打開自動最高點搜索功能PeakMenu密級：保密頻譜儀使用n如何退出波動測試狀態(tài)MARK點恢復正常。MKRNormalMarker屏幕采樣恢復正常。TRACEWriteA密級：保密頻譜儀使用n選擇性常規(guī)測法選擇性常規(guī)測法：以3dB帶寬為例。MEASXdB DownCont DownON/OFF輸入3dBXdB DownCont PeakON/OFF注意：1、測試前請關(guān)閉自動最高點搜索功能 2、測試前Mark點先置于有效頻帶中心。 3、要繼續(xù)測試XdB帶寬，請在

19、“輸入3dB”步驟前加入 ，重復n測試后退出測試狀態(tài)MKRNormalMarker輸入XdBXdB DownCont DownON/OFF，密級：保密頻譜儀使用n增益調(diào)節(jié)線性常規(guī)測法增益調(diào)節(jié)線性常規(guī)測法：在0dB衰減時定住測試點。MKRDeltamarker，moreFixed MKRON/OFF注意：1、測試前請打開自動最高點搜索功能 2、為了減少讀數(shù)的跳動，RBW可以設大點，VBW可設小點（SWT盡量不要超過500ms）n測試后退出測試狀態(tài)MKRNormalMarkerCont PeakON/OFF密級：保密頻譜儀使用n三階交調(diào)常規(guī)測法三階交調(diào)常規(guī)測法：打出參考線測試。DISPLAY按 、

20、 （粗調(diào)）Ref LineON/OFFisplayON/OFFLine直接輸入數(shù)據(jù)（粗調(diào)）滾動滾輪（細調(diào)）n退出測試狀態(tài)：關(guān)閉isplay Line 或Ref LineRef LineON/OFFisplayON/OFFLineCont PeakON/OFF注意：測試前請打開自動最高點搜索功能密級：保密頻譜儀使用n三階交調(diào)常規(guī)測法三階交調(diào)常規(guī)測法：快捷菜單測試。R-3131AMEAS3rd OrderMeasFSP-3MEASTOIE4402BMEASUREMore1 of 2Intermod（TOI）密級：保密頻譜儀使用nACPR常規(guī)測法常規(guī)測法：需要自定義測試條件ACPACPON/OFFP

21、OWERMEASUREChannelSpacing 1信道間距，直接輸入，如5MHzChannelBAND WD信道帶寬，直接輸入，如：3.84MHzn退出測試狀態(tài)：ACPON/OFF密級：保密頻譜儀使用nACPR常規(guī)測法常規(guī)測法：直接使用模板以FSP-3為例MEASCHAN PWR ACPCP/ACPSTANDARD選擇所需標準ENTERnACPR常規(guī)測法：直接使用模板以E4402B為例MEASUREACPModesetupRadio StdRadio Stdsetup選擇所需標準Modesetup選擇相應設備密級：保密頻譜儀使用n波形質(zhì)量（波形質(zhì)量（CDMA）常規(guī)測法）常規(guī)測法：以E440

22、2B為例。MODEcdmaoneMod Accaraly（RHO）n測試后退出測試狀態(tài)Spec trumAnalysisMODE注意：1、信號源與頻譜儀必須要共用10MHz參考。 2、信號源請置于pilot項，只打開導頻。FREOUENCYchannelARFCNChannel Freq或輸入所需頻道號或頻率密級：保密頻譜儀使用n相位及頻率誤差相位及頻率誤差(GSM)常規(guī)測法常規(guī)測法：以E4402B為例。MODEGSMn測試后退出測試狀態(tài)Spec trumAnalysisMODE注意：1、信號源與頻譜儀必須要共用10MHz參考。 2、信號源請把8個時隙都打開。Phase&FreqFRE

23、OUENCYchannelARFCNChannel Freq或輸入所需頻點密級：保密頻譜儀使用n噪聲系數(shù)常規(guī)測法噪聲系數(shù)常規(guī)測法：以FSP-3系統(tǒng)為例。1、系統(tǒng)設置 運行FS-K3，打開Device菜單，設置RBW、VBW、Average，其他參數(shù)默認。選中GPIB,點擊Init進行系統(tǒng)連接。OK退出。密級：保密頻譜儀使用n噪聲系數(shù)常規(guī)測法噪聲系數(shù)常規(guī)測法：以FSP-3系統(tǒng)為例。1、系統(tǒng)設置打開菜單，按照噪聲頭的ENR填寫。OK退出。密級：保密頻譜儀使用n噪聲系數(shù)常規(guī)測法噪聲系數(shù)常規(guī)測法：以FSP-3系統(tǒng)為例。1、系統(tǒng)設置打開LOSS菜單，選中Loss IN 0dB、Loss OUT 0dB。OK退出。密級：保密頻譜儀使用n噪聲系數(shù)常規(guī)測法噪聲系數(shù)常規(guī)測法：以FSP-3系統(tǒng)為例。把噪聲頭直接連接FSP-3的射頻輸入口。設置Create Freq List，點