RF_fundamentals 頻譜分析基礎(chǔ)

1、May 9-11, 2011Trinity Product Champion Training - Tektronix Confidential1射頻基礎(chǔ)知識 2011 銷售大學(xué)預(yù)習(xí)資料May 9-11, 2011Trinity Product Champion Training - Tektronix Confidential2示波器測量幅度相對于時(shí)間的變化Af = 1/ TAmplitudeTime簡單例子:正弦波縱軸表示幅度橫軸表示時(shí)間頻率表示單位時(shí)間內(nèi)的周期個(gè)數(shù)May 9-11, 2011Trinity Product Champion Training - Tektronix Con

2、fidential3頻譜分析儀測量幅度（功率）相對于頻率的變化A/sqrt(2)RMS Amplitude (Power)T = 1/ fFrequency簡單例子：正弦波縱軸代表幅度的有效值橫軸代表頻率頻譜分析儀在某一時(shí)刻只測量感興趣的一定范圍的頻率，其他頻率成分濾除掉，從效果上看是特定頻率的功率計(jì).May 9-11, 2011Trinity Product Champion Training - Tektronix Confidential4同一信號的兩種不同觀測結(jié)果請記住-電子是不知道會被什么儀器測量的 正弦波是最簡單的例子May 9-11, 2011Trinity Product Ch

3、ampion Training - Tektronix Confidential5 5稍微復(fù)雜一些的例子方波實(shí)際是很多正弦波疊加的結(jié)果時(shí)域觀測頻域觀測May 9-11, 2011Trinity Product Champion Training - Tektronix Confidential6timeAmplitude(power)frequency時(shí)域:正弦波的疊加頻域:一組獨(dú)立的正弦信號所有所有復(fù)雜信號都可以看做是一組正弦波的組合傅里葉分析描述相等的測試7/4/2022RF Fundamentals Training7 7更多例子周期性脈沖波周期性脈沖波調(diào)幅信號調(diào)幅信號瞬態(tài)信號瞬態(tài)信號脈

4、沖信號脈沖信號May 9-11, 2011Trinity Product Champion Training - Tektronix Confidential8為什么需要在頻域分析信號?噪聲Noise 所有的有源電路均會產(chǎn)生噪聲，這些噪聲在多大程度上會影響整個(gè)設(shè)計(jì)? 噪聲從哪里來? (EMI) 信噪比測量失真Distortion 在示波器上看到的很干凈的正弦波可能包含在時(shí)域波形中不易察覺的諧波成分，但在頻域很容易看到通信Communications 現(xiàn)代無線通信技術(shù)多基于頻域 分配頻段 通信信道 需要確定占用帶寬，調(diào)制質(zhì)量等特性ModulationNoiseDistortionMay 9-11

5、, 2011Trinity Product Champion Training - Tektronix Confidential9示波器FFT典型的分析方式是DC到 (1/2采樣率) Hz重要的頻譜分析概念中心頻率和分析范圍中心頻率和分析范圍 Center Frequency and Span頻譜分析儀的典型方法是設(shè)定一個(gè)中心頻率CF (因?yàn)樗谄聊伙@示的中心) 通常是載波頻率在中心頻率兩側(cè)可以觀測的頻率區(qū)域稱作頻率范圍SPANSpanCenter FrequencyMay 9-11, 2011Trinity Product Champion Training - Tektronix Conf

6、idential10分辨率帶寬RBW定義了在頻域多小的一個(gè)頻率可以被分辨出來在分辨率帶寬內(nèi)，所有功率被看做是同一頻率成分的功率如果兩個(gè)載波間的頻率差是1KHz，只有分辨率帶寬RBW小于1KHz時(shí)才能區(qū)別出它們重要的頻譜分析概念分辨率帶寬分辨率帶寬(RBW)同一信號的兩種顯示同一信號的兩種顯示速度和分辨率帶寬的關(guān)系 RBW越低(越窄) 計(jì)算速度越慢，但頻率分辨更細(xì)同時(shí)底噪更低 RBW越高(越寬)計(jì)算速度越快，但頻率分辨率變粗底噪更高寬寬 RBW窄窄 RBWMay 9-11, 2011Trinity Product Champion Training - Tektronix Confidentia

7、l1111示波器使用線性坐標(biāo),通常是 伏/格頻譜分析儀常使用對數(shù)坐標(biāo)，表示為dBx (關(guān)于 x后面有更多介紹)什么是dB? dB是兩種功率電平間的比例關(guān)系表達(dá)式 0dB 表示1:1 10dB表示10:1 20dB表示100:1 30dB表示1000:1為什么使用對數(shù)坐標(biāo)代替線性坐標(biāo)? 使微小信號能夠和大信號顯示在同一坐標(biāo)系下 (更高的動態(tài)范圍) 如果信號在示波器顯示中下降3個(gè)格，幅度損失30% 如果信號在頻譜分析儀上下降3個(gè)格 (在 10dB/div), 它損失了99.9%幅度 (信號比原來減小了1,000倍)重要的頻譜分析概念對數(shù)坐標(biāo)對數(shù)坐標(biāo)dB = 10 log (P2 / P1) P1

8、和和P2 是功率值是功率值May 9-11, 2011Trinity Product Champion Training - Tektronix Confidential1212什么是 dBm?如前所述, dB 表示兩種功率值的比值dB之后的字符表示比較的參考標(biāo)準(zhǔn)是什么 dBm 參考標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)毫瓦 30dBm = 1W 20dBm = 0.1W 10dBm = 10mW 0dBm = 1mW -10dBm = 0.1mW -20dBm = 10W dBmV 參考的是一個(gè)毫伏 dBV 參考的是一個(gè)微伏 dBmA參考的是一個(gè)毫安 dBA參考的是一個(gè)微安 dBW參考的是一個(gè)微瓦重要的頻譜分析概念dB

9、m, dBc什么是dBc?dBc 還是指兩個(gè)功率值的比值比較的參考是載波的功率而不是一個(gè)固定的數(shù)值 30dBc = 載波大小的1000倍 20dBc =載波大小的100倍 10dBc =載波大小的10倍 0dBc =載波大小的1倍 -10dBc =載波大小的10分之一 -20dBc =載波大小的100分之一dBm 是是絕對絕對測量值測量值dBc 是是相對相對測量值測量值7/4/2022RF Fundamentals Training13dB也可以用來計(jì)算電壓計(jì)算功率略有不同13重要的頻譜分析概念功率vs電壓計(jì)算dB = 20 log (V2 / V1)where V1 and V2 are i

10、n VoltsdB = 10 log (P2 / P1)where P1 and P2 are power in WattsdB 變化變化功率變化功率變化電壓變化電壓變化+20dB100 x10 x+10dB10 x3.2x+6dB4x2x+3dB2x1.4x-3dB0.5x0.7x-6dB0.25x0.5x-10dB0.1x0.3x-20dB0.01x0.1x技術(shù)要點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn): 功率Power每 3dB的變化代表一倍或一半功率的變化 每10dB的變化代表 10 x倍功率變化 電壓Voltage 每6dB的變化代表一倍或一半的電壓變化 每20dB 的變化代表10 x 倍電壓變化請注意：功率變化

11、時(shí)電壓變化的平方請注意：功率變化時(shí)電壓變化的平方 (這就是在電壓公這就是在電壓公式中前面有式中前面有2倍的原因倍的原因)May 9-11, 2011Trinity Product Champion Training - Tektronix Confidential1414示波器規(guī)定的帶寬是指從DC直流到-3dB點(diǎn)的頻率頻譜分析儀使用頻率范圍定義 這個(gè)范圍之內(nèi)的頻率可以分析 在這個(gè)范圍內(nèi)頻帶是平坦的而不像示波器會滾降 通常從9kHz或100kHz開始到幾個(gè)GHz 頻譜分析儀的前端一般不能像示波器一樣接收直流信號重要的頻譜分析概念輸入信號頻率范圍輸入信號頻率范圍30%在頻率到達(dá)在頻率到達(dá) -3 d

12、B點(diǎn)點(diǎn)(帶寬點(diǎn)）帶寬點(diǎn)）時(shí)時(shí) ，測量得到的信號幅度有，測量得到的信號幅度有30%的衰減的衰減Frequency10%20%3%Amplitude重要的頻譜分析概念參考電平示波器使用 Volts/div 進(jìn)行控制 用戶調(diào)節(jié)示波器，設(shè)定希望觀測信號時(shí)使用的幅度 示波器調(diào)整通道前端衰減/放大倍數(shù)到合適的值，使示波器的全屏幕顯示（如10div）能夠充分利用A/D轉(zhuǎn)換器的有效范圍參考電平是頻譜分析儀類似的控制功能 告知頻譜分析儀信號會有多大 通常通過RF通道的衰減設(shè)置控制 與示波器的volts/div控制不同，通常會預(yù)留一定的空間(4-6dB) 防止在有多個(gè)頻點(diǎn)與參考電平到達(dá)同樣功率是出現(xiàn)的削波 一些頻

13、譜分析儀允許參考電平和衰減單獨(dú)控制 通常以 dBm為單位 還可以使用以下單位：dBmV, dBV, dBmA, dBA, dBW 通常參考電平位于屏幕網(wǎng)格的最上方 可能具有垂直位置控制，在用戶需要時(shí)在垂直方向上移動7/4/2022RF Fundamentals Training15May 9-11, 2011Trinity Product Champion Training - Tektronix Confidential1616動態(tài)范圍是在測量一個(gè)大信號時(shí)同時(shí)可以觀測微弱信號的能力雜散峰值是低幅度信號，用戶可能關(guān)心也可能不關(guān)心SFDR無雜散動態(tài)范圍很關(guān)鍵，因?yàn)樗褂脩袅私饪吹降碾s散峰值是否是

14、真實(shí)信號的一部分 簡單地說，如果信號上升進(jìn)入SFDR，它來自與真是信號 SFDR之下的信號可能是實(shí)際有的，也可能來自于測試儀器本身為了準(zhǔn)確測量信號，由頻譜分析儀帶來的信號失真必須控制在測量水平之下重要的頻譜分析概念無雜散動態(tài)范圍無雜散動態(tài)范圍 (SFDR)載波載波Carrier雜散雜散Spurs (實(shí)際存在嗎實(shí)際存在嗎l?)什么是什么是SFDR?May 9-11, 2011Trinity Product Champion Training - Tektronix Confidential17我們關(guān)心兩種雜散（Spurs） 輸入相關(guān)的雜散和殘留雜散輸入相關(guān)的雜散（spurs）是那些由于輸入信號和

15、頻譜分析儀相互干擾造成的如果輸入信號移除，這些雜散消失重要的頻譜分析概念無雜散動態(tài)范圍無雜散動態(tài)范圍 (SFDR)通常是由于信號與頻譜分析儀的信號混頻造成的指標(biāo)給出了2次3次諧波失真和2次3次交調(diào)失真殘留雜散（spurs）是由儀器和環(huán)境帶來的在輸入信號移除后還會存在通常由內(nèi)部噪聲源如時(shí)鐘、晶振等， 或者是屏蔽不好帶來的外部噪聲表示為 Residual ResponseMay 9-11, 2011Trinity Product Champion Training - Tektronix Confidential1818DANL表示頻譜分析儀有多低的噪聲 也被稱作底噪 noise floor在沒有

16、輸入情況下測量單位是 dBm/Hz可視噪聲是由RBW分辨率帶寬設(shè)定值決定的 噪聲是寬帶信號 縮窄RBW設(shè)定會降低顯示噪聲水平重要的頻譜分析概念顯示平均噪聲電平顯示平均噪聲電平(DANL)降低RBW = 降低 Noise 每降低10倍RBW同時(shí)降低10倍噪聲May 9-11, 2011Trinity Product Champion Training - Tektronix Confidential19Modern FFT Based AnalyzersSteppedSpectrumAnalyzer掃頻掃頻式式頻譜頻譜分析分析儀儀OscilloscopeAttenuatorInputLow-Pa

17、ssYIGPre-SelectorSweepGeneratorSwept TunedLocalOscillatorResolutionBandwidthFilterEnvelopDetector(SLVA)VideoBandwidthFilterDisplayYXRF Down-ConverterAttenuatorInputLow-PassBand-PassLocalOscillatorIF FilterDigitalFilterDisplayRF Down-ConverterX-YMemoryMicro-ProcessorADCAcquisition BandwidthPost Captu

18、re ProcessingInputDigitalFilterDisplayX-YMemoryMicro-ProcessorADC前端硬件重要的頻譜分析概念捕獲帶寬捕獲帶寬捕獲帶寬是儀器一次采集能夠獲得的頻譜范圍捕獲帶寬捕獲帶寬BW = RBW捕獲帶寬通常為捕獲帶寬通常為10 MHz, 最高可以做最高可以做到到140 MHz捕獲帶寬捕獲帶寬 BW = 示波器示波器 BW (有有滾降）滾降）7/4/2022RF Fundamentals Training20當(dāng)測量頻率范圍大于儀器的捕獲帶寬時(shí)，用戶需要看到的頻譜不能通過一次捕獲得到 例如 100 MHz頻率分析范圍在一個(gè)10 MHz捕獲帶寬的階段

19、型捕獲頻譜分析儀中需要10次獨(dú)立的捕獲過程，之后通過拼接獲得全部100MHz的頻譜顯示這就是為什么傳統(tǒng)的頻譜分析儀不能很好地處理現(xiàn)代寬帶RF信號和瞬態(tài)RF事件的原因 當(dāng)感興趣的事件發(fā)生時(shí)，儀器正在捕獲其他的頻段重要的頻譜分析指標(biāo)捕獲帶寬為什么捕獲帶寬很重要為什么捕獲帶寬很重要?復(fù)習(xí)測試1 頻譜分析儀主要顯示 A 幅度vs時(shí)間 B 頻率vs時(shí)間 C 幅度vs頻率 D 以上都不是 2 下面的敘述正確的是？ A 所有復(fù)雜的信號可以看成是一組正弦波的組合 B 方波實(shí)際是很多正弦波疊加的結(jié)果 C 一個(gè)時(shí)域上的脈沖信號在頻域是有全部頻率組成的 D 以上都是 3 下面的敘述錯誤的是？ A 在掃頻式頻譜儀中，

20、捕獲帶寬=分辨率帶寬 B 步進(jìn)式頻譜儀通常捕獲帶寬為1GHz或更高 C 捕獲帶寬是一次采集可以獲得的頻譜范圍 D 現(xiàn)代的射頻應(yīng)用需要越來越寬的捕獲帶寬 00/00/2007 (Edit in View Header and Footer)Presentation Title (Edit in View Header and Footer)21復(fù)習(xí)測試4 下面的敘述不不正確的是？ A RBW決定了在頻域中多小頻率的信號可以分辨出來 B 更?。ǜ蚋停┑腞BW，頻譜儀工作更快但頻率分辨率更低 C 在RBW之內(nèi)的所有頻率分量看上去只有一個(gè)頻率 D 更大（更寬或更高）的RBW有更高的噪聲電平 5 下面的敘述正確的是？ A dBm是絕對測量值而dBc是相對值 B dBm和dBc都是絕對值 C dBm和dBc都是相對值 D dBm是相對測量值而dBc是絕對值 00/00/2007 (Edit in Vi