第五章頻譜分析儀測量

1、第五章 頻譜分析儀測量2頻譜分析儀測量第一節(jié) 定義第二節(jié) 幾種常見信號(hào)頻譜 單脈沖,周期脈沖,調(diào)幅波第三節(jié) 超外差式頻譜分析儀的基本組成及工作原理第四節(jié) 主要性能參數(shù) 重點(diǎn):分辨帶寬 補(bǔ)充:有關(guān)分辨力的一些問題第五節(jié) 幾種測試 頻率功率相位噪聲等參數(shù)測試 及噪聲系數(shù)測試3第一節(jié) 定義問題: 1. 什么是頻譜分析儀 2. 為什么要用頻譜分析儀時(shí)域頻域傅里葉變換x（t）= 1/2- X（j ）ejt X（f）= - x（t）e-jt dtd4頻域和時(shí)域關(guān)系圖5f（t）tV（f）ff（t）ttf（t）V（f）V（f）ff時(shí)域波形時(shí)域波形頻域波形頻域波形6l可以給頻譜儀下如下定義: 頻譜儀是一種把射頻

2、和微波信號(hào)顯示成頻率的函數(shù)的儀器.78第二節(jié) 幾種常見信號(hào)頻譜l 最單純的信號(hào)是理想正弦波,它的頻譜是一根單一的譜線,其它所有非正弦周期信號(hào)都可用傅氏級(jí)數(shù)展開為一系列正弦諧波的總和.95.2.1 單個(gè)脈沖105.2.2 周期性脈沖頻譜11125.2.3 調(diào)幅波1314第三節(jié) 超外差式頻譜分析儀的基本組成及工作原理掃頻超外差式頻譜儀的基本原理方框圖15 輸入的被測信號(hào)經(jīng)過射頻衰減器在混頻器中和機(jī)器內(nèi)部的本振信號(hào)相混頻,獲得中頻信號(hào),經(jīng)過窄帶中頻放大器放大,再經(jīng)線性檢波而得到一個(gè)和輸入信號(hào)幅值成正比的直流信號(hào),經(jīng)垂直放大器加至示波器的垂直偏轉(zhuǎn)板上,這就使電子束在垂直方向產(chǎn)生與輸入信號(hào)幅值成正比的偏

3、移.這一部分很像一部超外差式窄帶接收機(jī),和一般的超外差式接收機(jī)不同的是,這里的本振是一個(gè)電調(diào)諧的掃頻振蕩器.它由一個(gè)掃頻發(fā)生器輸出的鋸齒波電壓來調(diào)諧,使本振頻率在一定范圍內(nèi)做周期的線性變化.同一個(gè)鋸齒波電壓又經(jīng)過水平放大器加在示波器的水平轉(zhuǎn)板上,這就使電子束在水平方向的偏轉(zhuǎn)正比于掃頻振蕩器的頻率變化.1617超外差式頻譜分析儀各主要組成部件的功能描述l輸入衰減器 它是在頻譜分析儀中對(duì)信號(hào)進(jìn)行的第一級(jí)處理,頻譜分析儀輸入衰減器功能包含以下方面: 1. 保證頻譜分析儀在寬頻范圍內(nèi)具有良好匹配特性; 2. 保護(hù)混頻及其他中頻處理電路,防止部件損壞和產(chǎn)生過大非線性失真.18l混頻器:完成信號(hào)的頻譜搬移

4、,將不同頻率輸入信號(hào)變換到相應(yīng)頻率.在混頻過程中會(huì)存在鏡像干擾問題.19l 中頻濾波器: 是頻譜分析儀中關(guān)鍵部件,頻譜分析儀主要依靠該濾波器來分辨不同頻率信號(hào),頻譜分析儀許多關(guān)鍵指標(biāo)都和中頻濾波器的帶寬和形狀有關(guān).20l 檢波器: 它主要用來將輸入信號(hào)功率轉(zhuǎn)換為輸出視頻電壓,該電壓值對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)功率.針對(duì)不同特性輸入信號(hào),需采用不同檢波方式才能準(zhǔn)確地測出該信號(hào)的功率.21l 視頻濾波器: 它主要用來對(duì)檢波器輸出視頻信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理,減小視頻帶寬，可對(duì)頻譜顯示中的噪聲抖動(dòng)進(jìn)行平滑,從而減小顯示噪聲的抖動(dòng)范圍.這樣有利于頻譜分析儀發(fā)現(xiàn)淹沒在噪聲中的小功率連續(xù)波信號(hào).2223第四節(jié) 主要性能參數(shù)

5、24與幅度相關(guān)l輸入阻抗及駐波比l最大允許輸入電平l動(dòng)態(tài)范圍 通常把從不加衰減時(shí)的最佳輸入信號(hào)(即P1dB壓縮點(diǎn))起往下直到最小可用信號(hào)電平止,這一信號(hào)幅度變化范圍稱為動(dòng)態(tài)范圍.若再加上用內(nèi)部衰減所能擴(kuò)展的dB數(shù),則稱最大測量范圍.25與頻率相關(guān)l工作頻率范圍 指頻譜儀在滿足所有規(guī)定的性能指標(biāo)的前提下所能接收和測量的頻率范圍.有些頻譜儀可以通過外加混頻器擴(kuò)展到更高頻率使用.26l掃描時(shí)間 即產(chǎn)生掃頻及水平偏轉(zhuǎn)的鋸齒波一個(gè)掃描過程的時(shí)間,通?？稍谌舾蒻s到若干s之間分檔選擇. 比如可以通過改變掃描時(shí)間,觀察一個(gè)頻帶內(nèi)的波形.27l分辨帶寬 即決定選擇性的最低中頻濾波器的3dB帶寬B,亦稱靜態(tài)分辨

6、力,在其它條件適當(dāng)配合下,他決定著所能分辨的兩個(gè)相等譜線之間的最小頻率間隔2829l視頻帶寬 在檢波后的視頻放大電路中,有時(shí)還有幾種寬度分檔可變的LPF,其帶寬有時(shí)比中頻帶寬還要窄,在觀察到含有強(qiáng)視頻毛刺的頻譜圖時(shí),減小視頻帶寬可以起到平滑作用,使顯示比較清晰.在觀察脈沖等寬帶信號(hào)頻譜時(shí),不應(yīng)采用窄的視頻帶寬.30補(bǔ)充:有關(guān)分辨力的一些問題 1.譜線顯示過程31322.分辨帶寬及形狀的作用3334第五節(jié) 幾種測試355.5.1 頻率及功率的測量36375.5.2 噪聲測量385.5.3 AM調(diào)制及交調(diào)測量395.5.4 相位噪聲測量405.5.5 諧波測試415.5.5 噪聲系數(shù)測試lSi/N

7、i是輸入信噪比lSo/No是輸出信噪比lBd是器件噪聲帶寬lGd是器件增益42因此: F=(Si/Ni) / (So/No)=(Si/KTBd) / (SiGd/No) =No/(GdKTBd)No=輸出的噪聲功率(輸入端接匹配負(fù)載時(shí),負(fù)載 吸收的功率)K=波耳茲蔓常數(shù),1.374X10-21(J/K)T=290K(室溫) KT=3.98X10-21(W/Hz) 在1Hz帶寬情況下等于-174dBmBd是器件噪聲帶寬Gd是器件增益43l 噪聲系數(shù)表達(dá)式 NF=10lgF = 10lg No - 10lg Gd ( 174dB+ 10lg B ) =輸出噪聲功率-增益-帶寬B內(nèi)的等效噪聲輸入功率 =10lg No - 10lg Gd 10lg B +174dB 所以說:如果知道了輸出噪聲功率,器件增益和帶寬,就可以獲得器件的噪聲系數(shù). 下面的測試方法就是基于上面的公式展開的 44l最終應(yīng)用的噪聲系數(shù)測試公式 NF=N (GD+GP) 10lg B +174dB+1.7dB(校正因子) N=在頻譜儀上測得噪聲電平GD=器件增益GP=前置放大器的增益B=頻譜儀的中頻帶寬設(shè)置45l基本上是分兩步進(jìn)行測試: 第一就是測得整個(gè)系統(tǒng)的增益 第二就是測得噪聲功率46l系統(tǒng)增益測試方框圖474849Example:l系統(tǒng)增益:56dBl噪聲功率:-72dBml中頻