頻譜分析儀講稿

頻譜分析儀講稿第1頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四主要內(nèi)容介紹頻譜分析儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理介紹頻譜分析儀主要參數(shù)的設(shè)置闡述頻譜分析儀的主要測(cè)量應(yīng)用簡(jiǎn)述注意事項(xiàng)8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHz第2頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四要達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)了解頻譜分析儀結(jié)構(gòu)原理熟練應(yīng)用頻譜分析儀合理設(shè)置頻譜分析儀主要參數(shù)降低測(cè)試誤差第3頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四頻域和時(shí)域的概念時(shí)域：是信號(hào)在時(shí)間軸上顯示的波形

頻域：是在頻率軸上顯示信號(hào)所包含的頻率tufu第4頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四頻域和時(shí)域傅立葉變換原理告訴我們：任何時(shí)域內(nèi)電信號(hào)都是由一個(gè)或多個(gè)不同頻率、不同幅度和不同相位的正弦波或余弦波組成的，但應(yīng)用示波器無(wú)法觀察到頻域內(nèi)信息，只能在時(shí)域內(nèi)觀察到信號(hào)波形；應(yīng)用頻譜分析儀在頻域測(cè)量，就能顯示出信號(hào)所包含的所有正弦波或余弦波的頻率分量；第5頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四幅度(功率)頻率時(shí)域測(cè)量頻域測(cè)量時(shí)間第6頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四tU時(shí)域f03f0f頻域第7頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四上圖是信號(hào)在時(shí)域和頻域內(nèi)觀察的結(jié)果，由此可以清楚看出信號(hào)在時(shí)域得到的是信號(hào)的波形信息，不能分析頻率分量。如果存在干擾或諧波失真信號(hào)，在時(shí)域上無(wú)法區(qū)分。在頻域上可以準(zhǔn)確地測(cè)量有用信號(hào)和無(wú)用信號(hào)的各種參數(shù)。這就是頻域觀察的必要性。頻域觀察的必要性第8頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2頻譜分析儀結(jié)構(gòu)及原理頻譜分析儀的類型1.譜分析儀主要有超外差式頻譜分析儀2.快速傅立葉變換（FFT）頻譜分析儀：被分析的信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣，變成離散信號(hào)，采樣值被保存在一個(gè)存儲(chǔ)器中，經(jīng)過(guò)離散FFT變換計(jì)算，計(jì)算出信號(hào)的頻譜。FFT分析儀僅適合測(cè)量低頻信號(hào)。第9頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四超外差頻譜分析儀這種頻譜分析儀，首先輸入信號(hào)與連續(xù)掃頻本振進(jìn)行混頻，再與固定本振混頻變到中頻21.4MHz，經(jīng)過(guò)可變?cè)鲆娣糯笃髦蓄l濾波器，再經(jīng)一個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃鳎ɑ驅(qū)?shù)放大器）經(jīng)過(guò)檢波視頻濾波顯示在顯示屏上的頻率軸上。超外差頻譜分析儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖第10頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四濾波器頻率基準(zhǔn)對(duì)數(shù)放大器RF輸入衰減器混頻器IF濾波器包絡(luò)檢波器視頻濾波器本地振蕩器掃頻發(fā)生器IF增益輸入顯示IF增益第11頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四t/f輸入信號(hào)與本振混頻經(jīng)中頻濾波顯示在屏幕上f2f1f3finfloIF=flo-finIFt1/f1t2/f2t3/f3混頻濾波ff屏幕顯示檢波t1t2t3f1f2f3(f1、f2,f3)(f1,f2、f3)(f1,f2、f3)L1L2L3第12頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）射頻輸入部分（前端）在電信領(lǐng)域中應(yīng)用的測(cè)量?jī)x器的輸入要求一樣，頻譜分析儀通常采用的輸入阻抗50歐姆。為了能在輸入阻抗的系統(tǒng)中應(yīng)用，如有線電視、廣播系統(tǒng)中，比輸入阻抗應(yīng)用更為廣泛，在這樣的系統(tǒng)中用頻譜分析儀進(jìn)行測(cè)試時(shí)，通常需要一個(gè)的阻抗變換器，否則，會(huì)由于不匹配造成的測(cè)量誤差。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換最簡(jiǎn)單的方法是串一個(gè)的阻抗。雖然后者的插入損耗低（大約1.8dB），但只是輸入的匹配，而輸出到頻譜儀的射頻連接卻處于失配，如圖（9.14）a所示。頻譜儀的輸入阻抗偏離了，由于多徑反射會(huì)造成測(cè)量誤差。為此，建議使用兩端都匹配的衰減器（如或衰減器），如圖（9.14）b所示，在這種情況下，會(huì)造成高的插入損耗。匹配第13頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）低通濾波器低通濾波器的主要作用是抑制鏡像頻率。LORFIF鏡像第14頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四為了保證接收有用信號(hào)的質(zhì)量，需在射頻混頻器前加入濾波器來(lái)抑制鏡像頻率。信號(hào)帶寬窄采用低中頻模式比較容易處理。見(jiàn)下圖：~本振混頻低通衰減帶通混頻：信號(hào)鏡像中頻低通△fI本振finminfimminfLmin低中頻模式：△fI△fI第15頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四fLfimfinfI△fI△fI△fI△fI△fIfLfinfim當(dāng)輸入信號(hào)頻帶很寬時(shí)，采用低中頻混頻模式，鏡像與信號(hào)重疊。低通濾波器不能將鏡像噪聲濾除，中頻將疊加鏡像噪聲。解決這個(gè)問(wèn)題的方法是采用比信號(hào)高的中頻方案。見(jiàn)下頁(yè)：低中頻模式不能抑制鏡像第16頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四采用高中頻模式將信號(hào)與鏡像分開(kāi)輸入信號(hào)本振鏡像中頻fIfinminfinmaxfLminfLmaxfimmin△fI△fI△fI△fI高中頻模式可以抑制鏡像第17頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）衰減器衰減器主要有三個(gè)作用1.保護(hù)頻譜儀不受損壞：測(cè)量高電平信號(hào)時(shí)，為了不燒壞頻譜分析儀，必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減；2.提高測(cè)試的準(zhǔn)確性：混頻器是非線性器件，當(dāng)混頻器輸入信號(hào)電平較高時(shí)，輸出信號(hào)電平超過(guò)混頻器1dB壓縮點(diǎn)電平，使無(wú)互調(diào)范圍減小，輸出會(huì)產(chǎn)生三階五階互調(diào)和諧波失真。測(cè)試結(jié)果會(huì)不準(zhǔn)確。3.提高頻譜儀動(dòng)態(tài)范圍：通過(guò)設(shè)置步進(jìn)衰減器調(diào)節(jié)進(jìn)入混頻器的電平，可以得到較大的動(dòng)態(tài)范圍第18頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）混頻器混頻器的作用就是將輸入高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成中頻信號(hào)，由于混頻器是非線性器件，輸出會(huì)有很多頻率成分：但我們需要的是混頻方式有兩種：本振的基波混頻和諧波混頻，基波混頻是輸入信號(hào)與本振基波混頻，而諧波混頻是信號(hào)與本振信號(hào)的諧波混頻。諧波混頻會(huì)造成相對(duì)高的轉(zhuǎn)換損耗?；祛l器對(duì)輸入RF小信號(hào)而言是線性網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)輸入信號(hào)幅度逐漸增大時(shí)，就存在著非線性失真問(wèn)題，所以輸入信號(hào)的幅值應(yīng)低于頻譜分析儀混頻器的1dB壓縮點(diǎn)。RFLOIF第19頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四上變頻是一個(gè)非線性過(guò)程。變頻器的輸入/輸出特性可以用臺(tái)勞級(jí)數(shù)來(lái)描述：

V0（t）=a0+a1x+a2x2+a3x3+。。。。。。（1）假設(shè)本振u1=Um1cosω1t,信號(hào)u2=Um2cosω2t

將x=Um1cosω1t,+Um2cosω2t代入式（1）,則可以求得V0（t）中的各頻率分量表達(dá)式：

ωo=|±pω1±qω2|p、q=0,1,2,…(2)式（2）表明,輸出信號(hào)包含基波、諧波、基波諧波的各種不同組合。為了簡(jiǎn)單說(shuō)明問(wèn)題，現(xiàn)在我們只單獨(dú)來(lái)看（1）式中的x2項(xiàng)。將x=Um1cosω1t,+Um2cosω2t代入x2就得到：（Um1cosω1t,+Um2cosω2t）2=（Um1cosω1t）2+2

Um1cosω1tUm2cosω2t+（Um2cosω2t）2。。。。。。（3）

Um1cosω1tUm2cosω2t=1/2{Um1Um2[cos（ω1t＋ω2t）＋cos（ω1t-ω2t）]}?；祛l器第20頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（4）增益可變中頻放大器輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)了前置衰減器，混頻器電平降低，為了恢復(fù)信號(hào)幅值，在混頻后對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行放大。在放大有用信號(hào)的同時(shí)，噪聲和干擾信號(hào)也被同時(shí)放大與RF衰減器捆綁在一起第21頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（5）中頻濾波器

中頻信號(hào)經(jīng)放大后，然后經(jīng)過(guò)中頻濾波器，中頻濾波器是一個(gè)帶通濾波器，它選出需要的混頻分量，抑制掉其他不需要的信號(hào)。中頻濾波器的帶寬決定了頻譜分析儀的RBW范圍根據(jù)頻譜分析儀類型不同，中頻濾波器有模擬濾波器、數(shù)字濾波器和FFT濾波器濾波器的帶寬通常為3MHz、1MHz、300KHz、100KHz、30KHz、10KHz、3KHz、1KHz、300Hz、100Hz、10Hz、1Hz第22頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四分辨率帶寬（RBW）越窄靠近的兩個(gè)信號(hào)辨別越清楚RBW第23頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（6）模擬濾波器模擬濾波器用來(lái)實(shí)現(xiàn)大的分辨率帶寬。一般頻譜儀為4級(jí)濾波電路，也有5級(jí)濾波電路產(chǎn)品，這樣可分別得到14和10的波形因子，然而理想的高斯濾波器的波形因子為4.6波形因子即帶寬選擇性，簡(jiǎn)稱選擇性。在實(shí)際測(cè)量中，經(jīng)常會(huì)遇到這種情形，兩個(gè)頻率接近的信號(hào)幅度不等，大信號(hào)形成的響應(yīng)曲線掩蓋了小信號(hào)，使小信號(hào)丟失，所以很多公司產(chǎn)品提供了濾波器3dB帶寬，表示等幅正弦信號(hào)頻率相差多少時(shí)仍能將它們區(qū)分開(kāi)，這樣的合成響應(yīng)曲線仍有兩個(gè)峰值，中間下沉大約3dB,如下圖所示第24頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四有些頻譜分析儀的帶寬選擇性定義為60dB與3dB帶寬之比，如下圖，也有的頻譜分析儀的選擇性用60dB和6dB帶寬之比表示3dB60dB60dBBW3dBBW3dBBW選擇性=（7）濾波器矩形系數(shù)第25頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四兩等幅信號(hào)的測(cè)試3dB10kHz10kHzRBW第26頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3dB60dBRBW=1KRBW=10K第27頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（8）數(shù)字中頻濾波器通過(guò)數(shù)字濾波器可以獲得很窄的帶寬。和模擬濾波器相比，理想的高斯濾波器可以實(shí)現(xiàn)。數(shù)字濾波器在可接受的價(jià)格內(nèi)有更好的選擇性。如5級(jí)電路模擬濾波器的波形因子為10，高斯濾波器為4.6。另外，數(shù)字濾波器有更好的溫度穩(wěn)定性，無(wú)需調(diào)整，所以在帶寬上更加精確由于數(shù)字濾波器的瞬態(tài)相應(yīng)已經(jīng)確定，使用合適的修正系數(shù)可使數(shù)字濾波器獲得比模擬濾波器在相同帶寬的情況下更短的掃描時(shí)間典型選擇性

模擬15:1

數(shù)字5:1模擬濾波器數(shù)字濾波器第28頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（9）FFT濾波器如果單純?yōu)榱藴y(cè)試精度而設(shè)置非常窄的分辨率帶寬，則會(huì)造成無(wú)法容忍的長(zhǎng)時(shí)間掃描，因此在非常高的分辨率的情況下建議采用FFT濾波器，從時(shí)域特性計(jì)算頻譜，見(jiàn)下圖。當(dāng)采用FFT濾波器時(shí)，頻率非常高的信號(hào)不能通過(guò)A/D直接采樣，須經(jīng)過(guò)與本振混頻變?yōu)橹蓄l并在時(shí)域?qū)ㄐ盘?hào)取樣X(jué)(t)A/DRAMFFT第29頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（10）對(duì)數(shù)放大器檢波器之前有一個(gè)對(duì)數(shù)放大器，對(duì)數(shù)放大器按照對(duì)數(shù)函數(shù)來(lái)壓縮信號(hào)電平（對(duì)于輸入電壓幅度v,輸出電壓幅度為logv），這大大減小了由檢波器所檢測(cè)的信號(hào)電平變化，而同時(shí)向用戶提供校準(zhǔn)成用分貝讀數(shù)的對(duì)數(shù)垂直刻度，在頻譜分析儀中，由于信號(hào)電平大幅度變化，故需要采用對(duì)數(shù)刻度對(duì)數(shù)放大器第30頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（11）檢波器頻譜分析儀一般都是用包絡(luò)檢波器把IF信號(hào)變換成視頻。包絡(luò)檢波器最簡(jiǎn)單的形式是一個(gè)二極管后面接一個(gè)并聯(lián)的RC電路，如下圖峰值檢波器由二極管和RC電路組成，其輸出要跟隨IF信號(hào)的包絡(luò)而變化，它必然也具有一定的響應(yīng)時(shí)間，這就是檢波器的時(shí)間常數(shù)。時(shí)間常數(shù)太大，檢波器就不能及時(shí)跟上包絡(luò)變化的速度；掃描速度的快慢也會(huì)對(duì)檢波器輸出產(chǎn)生影響，掃描太快，檢波器電路來(lái)不及響應(yīng)，其輸出幅度也就反映不出包絡(luò)的變化第31頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四檢波方式不同的檢波方式在顯示屏上會(huì)有不同的數(shù)據(jù)處理，頻譜分析儀主要有以下檢波方式：最大峰值檢波最小峰值檢波取樣檢波RMS檢波器平均值檢波

最大峰值檢波取樣檢波最小峰值檢波第32頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（12）視頻濾波器視頻濾波器在包絡(luò)檢波器之后，視頻濾波器決定了視頻帶寬，視頻濾波器是第一級(jí)低通設(shè)置，用于從視頻信號(hào)中濾除噪聲，平滑軌跡，從而使顯示結(jié)果穩(wěn)定。和分辨率帶寬類似，視頻帶寬也會(huì)限制最大允許掃描速度，要達(dá)到最小的掃描時(shí)間需要增大視頻帶寬S/N比較低時(shí)，可以通過(guò)減小VBW來(lái)穩(wěn)定顯示，弱信號(hào)會(huì)在頻譜中突現(xiàn)出來(lái)并且穩(wěn)定可再現(xiàn)。在測(cè)量正弦波信號(hào)時(shí)，減小VBW，對(duì)電平無(wú)影響未經(jīng)視頻濾波經(jīng)過(guò)視頻濾波第33頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（13）鋸齒波發(fā)生器、本振和顯示鋸齒波發(fā)生器既控制顯示器上X軸掃描位置，又控制LO的頻率，所以就可以通過(guò)校準(zhǔn)，用顯示器的水平軸來(lái)表示輸入信號(hào)頻率任何振蕩器都不是絕對(duì)穩(wěn)定的，而是在一定程度上被隨機(jī)噪聲調(diào)頻或調(diào)相的。LO的不穩(wěn)定性會(huì)直接影響由LO和輸入信號(hào)混頻后的中頻，因此，LO的相位噪聲調(diào)制邊帶也會(huì)在顯示器上任何譜分量的兩邊出現(xiàn)，LO越穩(wěn)定，相位噪聲越低YIG振蕩器經(jīng)常被用作本振，也由一些頻譜儀采用壓控振蕩器作為本振，其調(diào)節(jié)范圍較小，但較YIG調(diào)整起來(lái)更快；為了增加頻譜儀的頻率精度，本振信號(hào)可以是合成信號(hào)，也就是說(shuō)，本振經(jīng)鎖相環(huán)鎖定在參考信號(hào)上。參考信號(hào)通常由一個(gè)溫控晶振產(chǎn)生，為了增加頻率精度與長(zhǎng)期的穩(wěn)定性，大多數(shù)頻譜儀廣泛采用恒溫控制晶振第34頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四顯示屏X軸掃描Y軸信號(hào)第35頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四頻譜分析儀性能指標(biāo)頻譜分析儀有以下主要性能指標(biāo)：濾波器特性相位噪聲接收機(jī)的固有噪聲系統(tǒng)非線性1dB壓縮點(diǎn)動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量精度下面就這些指標(biāo)分別討論第36頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）分辯濾波器特性中頻濾波器需要矩形濾波器，但對(duì)頻譜分析儀而言，矩形濾波器的瞬態(tài)響應(yīng)是不合適的。由于這樣的濾波器與較長(zhǎng)的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間，輸入信號(hào)的頻譜應(yīng)通過(guò)十分緩慢的本振調(diào)諧變到中頻儀避免幅度誤差。使用優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)的高斯濾波器可以獲得較短的測(cè)試時(shí)間濾波器的特性常以波形系數(shù)來(lái)定義：SF＝BW（60dB）/BW(3dB)失真產(chǎn)物第37頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）相位噪聲相位噪聲是振蕩器短時(shí)間穩(wěn)定度的度量參數(shù),盡管我們看不到頻譜分析儀LO系統(tǒng)的實(shí)際頻率抖動(dòng)，但LO頻率或相位不穩(wěn)定的表現(xiàn)是可以觀察到的，這就是相位噪聲相位噪聲通常是以一個(gè)單載波的幅度為參考，并偏移一定的頻率下的單邊帶相位噪聲。這個(gè)數(shù)值是指在1Hz帶寬下的相對(duì)噪聲電平，故其單位為dBc(1Hz)或dBc/Hz,c表示載波，由于相位噪聲電平比載波電平低，所以定義為負(fù)值相位噪聲主要影響頻譜分析儀的分辨率和動(dòng)態(tài)范圍噪聲邊帶第38頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）分析儀的固有噪聲固有噪聲可以理解為頻譜分析儀的熱噪聲。固有噪聲會(huì)導(dǎo)致輸入信號(hào)信噪比的惡化。所以固有噪聲是頻譜分析儀靈敏度的度量指標(biāo)，決定了頻譜分析儀的最小可檢測(cè)電平指標(biāo)中的顯示噪聲平均電平必須對(duì)應(yīng)相應(yīng)的分辨率帶寬和衰減器設(shè)置，因?yàn)檫@兩個(gè)指標(biāo)對(duì)顯示的噪聲電平都有影響。典型情況下是設(shè)置衰減器為0dB和最小分辨率帶寬RF衰減器設(shè)置和RBW對(duì)設(shè)置對(duì)顯示噪聲本底影響見(jiàn)下圖第39頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四減小帶寬=降低噪聲10dB10kHzRBW1kHzRBW10dB100kHzRBW（4）IF濾波器帶寬對(duì)噪聲電平的影響第40頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四10dB信號(hào)電平（5）RF輸入衰減對(duì)噪聲電平的影響10dB衰減20dB衰減第41頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（6）接收機(jī)的非線性特性由于頻譜分析儀中含有半導(dǎo)體器件，所以存在非線性。然而頻譜分析儀要求無(wú)失真顯示被測(cè)輸入信號(hào)，所以線性特性是頻譜分析儀必須的性能參量，對(duì)于單正弦波信號(hào)輸入的情況，由于存在非線性，會(huì)產(chǎn)生各次諧波，對(duì)于輸入信號(hào)是兩個(gè)幅度相等的正弦波信號(hào)的情況，除了產(chǎn)生諧波之外，同時(shí)也有互調(diào)產(chǎn)物，互調(diào)產(chǎn)物的階數(shù)是所含頻率各次項(xiàng)之和頻譜儀的線性主要由混頻器和中頻放大器決定，而輸入射頻衰減器實(shí)際上對(duì)線性是沒(méi)有影響的。如果由射頻衰減器改變混頻器的輸入電平，頻譜儀產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物電平將依其階數(shù)變化，而DUT產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物電平保持不變。所以調(diào)節(jié)衰減器可以判斷頻譜儀顯示的互調(diào)產(chǎn)物的來(lái)源：如果增加RF衰減，而諧波和互調(diào)產(chǎn)物的相對(duì)電平保持不變，說(shuō)明失真來(lái)自DUT，測(cè)量結(jié)果正確；如果諧波和互調(diào)產(chǎn)物的相對(duì)電平有變化，則說(shuō)明有部分失真來(lái)自頻譜分析儀內(nèi)部，測(cè)量結(jié)果不正確頻譜儀常用截止點(diǎn)（T.O.I）和1dB壓縮點(diǎn)來(lái)表征分析儀的非線性特性第42頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

0dB-20dB-40dB-60dB-80dB-100dB-60dB-30dB0dB二次諧波三階互調(diào)混頻器二次諧波和三階互調(diào)第43頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四-20dB-40dB-60dB-80dB-100dB-60dB-30dB0dB-0dBRBW=100Hz顯示噪聲RBW=1K顯示噪聲信噪比示圖

第44頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四-20dB-40dB二次諧波-60dB三階互調(diào)-80dBRBW=1K顯示噪聲-100dB-60dB-30dB0dB混頻器最佳工作區(qū)混頻器最佳工作區(qū)第45頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（7）動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍是頻譜分析儀同時(shí)處理不同電平信號(hào)的能力。動(dòng)態(tài)范圍的限值依賴于實(shí)際所要進(jìn)行的測(cè)量，動(dòng)態(tài)范圍下限是由自然噪聲或相位噪聲決定的，動(dòng)態(tài)范圍的上限是由1dB壓縮點(diǎn)或由頻譜儀過(guò)載而造成的失真決定的最大動(dòng)態(tài)范圍通常是在最小分辨率帶寬情況下，顯示的噪聲做為下限，1dB壓縮點(diǎn)作為上限。如果達(dá)到第一級(jí)混頻器的輸入電平高出1dB壓縮點(diǎn)，那么將產(chǎn)生混頻器的非線性失真，使用較小的RBW時(shí)，失真產(chǎn)物就會(huì)明顯地顯示出來(lái)（他們不會(huì)被噪聲淹沒(méi)），此時(shí)的頻譜測(cè)量就不能明確反映被測(cè)設(shè)備的真實(shí)頻譜第46頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

頻譜分析儀動(dòng)態(tài)范圍頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)是表征頻譜儀同時(shí)測(cè)量大小信號(hào)的能力，用最大信號(hào)與最小信號(hào)之比的dB值表示。（1）混頻器的內(nèi)部失真-----限制了最大信號(hào)電平（2）內(nèi)部噪聲電平-----限制了最小信號(hào)電平（3）本振相位噪聲----限制了測(cè)量近端微弱信號(hào)的能力

根據(jù)上述分析，頻譜儀在使用時(shí)要注意上述影響因素，以獲得較大的動(dòng)態(tài)范圍。通常，頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍為70---120dBc。第47頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（8）測(cè)量精度頻譜儀測(cè)量精度分為頻率測(cè)試精度和幅度測(cè)量精度頻率精度：頻譜儀的本振通過(guò)鎖相環(huán)同步到一個(gè)穩(wěn)定的參考振蕩器上，頻譜分析儀的頻率精度也就是參考源的精度，并且受參考源的溫度和長(zhǎng)期穩(wěn)定度的影響。參考源通常采用溫度補(bǔ)償晶體振蕩器和箱控晶體振蕩器，產(chǎn)生的參考頻率收到環(huán)境溫度和操作期間老化的影響幅度測(cè)量精度：其誤差來(lái)源主要有頻率響應(yīng)，衰減器誤差，中頻增益誤差，線性誤差，帶寬切換誤差和失配誤差第48頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四SpecificationsAccuracy:FrequencyReadoutAccuracyExampleSingleMarkerExample:2GHz400kHzspan3kHzRBWCalculation:(2x109Hz)x(1.3x10-7/yr.ref.error)=260Hz1%of400kHzspan=4000Hz15%of3kHzRBW=450Hz10Hzresidualerror=10HzTotal=4720HzAccuracy:RelativeAmplitudeAccuracy-Freq.ResponseSpecification:±1dBSignalsintheSameHarmonicBand第49頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四頻譜分析儀靈敏度

靈敏度是表示接收微弱信號(hào)的能力，而限制接收機(jī)靈敏度提高的主要因素是內(nèi)部噪聲電平。頻譜儀在不加任何信號(hào)時(shí)也會(huì)顯示噪聲電平，這個(gè)平均噪聲電平DANL（DisplayedAverageNoiseLevel）通常稱為本底噪聲（NoiseFloor）。本底噪聲在頻譜圖中表現(xiàn)為接近顯示器底部噪聲基線。因此，被測(cè)信號(hào)小于本底噪聲則測(cè)不出來(lái)。本底噪聲是頻譜儀自身產(chǎn)生的噪聲，其大部分來(lái)自中頻放大器第一級(jí)前的器件與電路的熱噪聲，且是寬帶白噪聲。常用的頻譜儀的靈敏度，一般數(shù)量級(jí)為－100---－150dBm。第50頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四頻譜分析儀靈敏度第51頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四本振信號(hào)中頻相位噪聲鏡像△fI△fI△fI第52頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（9）Sweeptime頻譜分析儀的掃描時(shí)間是掃描一次整個(gè)頻率量程并完成測(cè)量所需要的時(shí)間，也稱分析時(shí)間，我們一般都希望測(cè)量速度越快越好，因此希望掃描時(shí)間越短越好，和掃描時(shí)間有關(guān)聯(lián)的主要有：span、RBW和VBW，而且檢波器的時(shí)間常數(shù)對(duì)掃描時(shí)間也有影響當(dāng)VBW小于或等于RBW時(shí)，ST＝k×span/RBW/VBW，K為濾波器比例系數(shù)，掃描范圍越大，掃描時(shí)間越長(zhǎng)。RBW越小，精度提高，但每次掃描的帶寬變窄，總的掃描時(shí)間會(huì)增加，VBW也同理。如果檢波器時(shí)間常數(shù)太大，檢波器就不能及時(shí)地跟上包絡(luò)變化的速度，測(cè)試時(shí)間也必須增加下圖是掃描時(shí)間太短的結(jié)果示意圖：頻率升高，幅值下降PHS頻譜測(cè)試時(shí)sweeptime設(shè)為4s，也可設(shè)置Auto第53頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四掃頻過(guò)快第54頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（10）Display由于在視頻濾波前的對(duì)數(shù)放大器，有壓縮特性，所以在測(cè)量范圍內(nèi)，幅值越大，精確度越高，所以在顯示器的70％～90％范圍內(nèi)測(cè)量最合適，測(cè)試時(shí)被測(cè)頻譜置于頻譜分析儀顯示屏的70％～90％范圍內(nèi)70％90％第55頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（11）detectormode頻譜分析儀一般都以正峰值作為其主要檢波方式，而把采樣方式作為輔助檢波方式。建議在測(cè)試雜散時(shí)采用正峰值檢波方式，即peak方式，因?yàn)椴还芊洲q帶寬和視頻帶寬之比是多少，都不會(huì)丟失有用信號(hào)和雜散的信息。如果采用其他方式檢波，如果儀器其他參數(shù)設(shè)置不合理，就會(huì)丟失有用信息.第56頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四借助限值線評(píng)估蹤跡圖測(cè)試實(shí)例第57頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四射頻的空間測(cè)量

在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，常常用頻譜分析儀測(cè)量空間傳輸?shù)男盘?hào)電平，尤其在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化系統(tǒng)工程里，用頻譜分析儀來(lái)測(cè)量空間的電場(chǎng)分布，也就是用頻譜分析儀測(cè)量空間的傳輸?shù)男盘?hào)電平（功率）。Ptwrm9.4.3調(diào)制信號(hào)測(cè)量第58頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）絕對(duì)電平（dBm）的測(cè)量當(dāng)被測(cè)信號(hào)電平不太大時(shí)，即小于20dBm，可將被測(cè)的信號(hào)電平（功率）直接輸入到頻譜分析儀，進(jìn)行直接測(cè)量它的電平（功率）。如果，被測(cè)信號(hào)功率比較大時(shí)，頻譜分析儀輸入端接入一個(gè)較大功率的衰減器，被測(cè)信號(hào)是通過(guò)衰減器后輸入的頻譜儀的輸入端。

測(cè)量信號(hào)電平放大器信號(hào)源衰減器第59頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四頻率測(cè)量放大器信號(hào)源中、高檔頻譜儀具有Counter功能，頻率測(cè)量精度較高。衰減器第60頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四信號(hào)、雜波、諧波的測(cè)量放大器信號(hào)源雜波諧波第61頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四調(diào)制信號(hào)測(cè)量

1．調(diào)幅信號(hào)的測(cè)量式中，稱為調(diào)幅系數(shù)，它的大小反映了調(diào)幅的深度。由式（9.29）表明，單音調(diào)制的已調(diào)幅信號(hào)包含有三個(gè)頻率分量，其中一個(gè)是載波，另外兩個(gè)對(duì)稱地分布在載波兩側(cè)，分別稱為上下邊帶分量。邊帶分量的幅度正好是調(diào)制信號(hào)幅度的一半，調(diào)幅信號(hào)的測(cè)試方法，通常有頻譜儀直接測(cè)量法（掃頻法）、時(shí)域法和FFT頻域法等測(cè)試方法。第62頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四頻譜分析儀直接測(cè)量調(diào)幅信號(hào)（掃頻法）

圖（9.36）已調(diào)幅信號(hào)的頻譜圖例如，，則調(diào)制頻率，調(diào)幅度第63頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四時(shí)域方法測(cè)試調(diào)幅信號(hào)利用頻譜儀測(cè)試調(diào)幅信號(hào)的直接測(cè)量法，不適于調(diào)制頻率低于頻譜分析儀的分辨帶寬。在這種情況下，可采用所謂時(shí)域測(cè)量方法，該法是將頻譜儀的分辨帶寬增大到調(diào)制頻率的兩倍以上，并把掃頻寬度SPAN減到零（零跨度），把中心頻率調(diào)到被測(cè)調(diào)幅信號(hào)的載頻，此時(shí)頻譜儀實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)調(diào)幅接收機(jī)，故顯示屏上顯示的圖象，即是被測(cè)調(diào)幅信號(hào)檢波后的包絡(luò)，如圖（9.37）所示。測(cè)出包絡(luò)的峰值和谷值，則可求調(diào)幅系數(shù)為第64頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四時(shí)域方法測(cè)試調(diào)幅信號(hào)事例計(jì)算第65頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四調(diào)頻信號(hào)的測(cè)量一個(gè)已調(diào)頻信號(hào)電壓可用下式表示：其中，

稱為調(diào)頻系數(shù)，它的物理意義是在調(diào)頻過(guò)程中每單位調(diào)頻頻率所能產(chǎn)生的角頻率偏移的程度。調(diào)頻信號(hào)的頻譜是由無(wú)限邊帶組成的，然而，在窄帶調(diào)頻情況下，只有兩個(gè)主要的邊帶，它們的幅度相對(duì)于幅度為式中：為載波與邊帶第一根譜線幅度差；為調(diào)制指數(shù)；為最大調(diào)頻頻偏；為調(diào)制頻率。（1）已調(diào)頻波的基本特性

)第66頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四調(diào)頻信號(hào)的測(cè)量方法1）頻譜分析儀掃頻頻域法（對(duì)窄帶即調(diào)相）掃頻頻域法，實(shí)際上是用頻譜分析儀直接測(cè)量調(diào)頻信號(hào)，若用掃頻頻域法測(cè)量窄帶調(diào)頻時(shí)，頻鋪儀上顯示，如圖（9.38）所示。圖中得到則所以第67頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Haberly方法第68頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

諧波失真和互調(diào)測(cè)量1．諧波失真度的測(cè)量一個(gè)純凈的正弦周期振蕩波，用下式表示：由于放大器的非線性作用，使輸出信號(hào)波產(chǎn)生了波形失真，此時(shí)，信號(hào)可用下式表示第69頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四信號(hào)的非線性失真用非線性失真系數(shù)來(lái)表示，又稱為失真度，它的定義是各次諧波振幅的均方根值與基波振幅之比，用符號(hào)d來(lái)表示。一個(gè)非正弦的周期振蕩波為其非線性失真系數(shù)d為:為了便于測(cè)量，常常把各次諧波振幅的均方根值與信號(hào)總電壓之比，用d′表示:第70頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.用頻譜分析儀測(cè)試正弦波失真度頻譜分析法，是把非正弦周期振蕩信號(hào)的基波、各次諧波逐個(gè)分離出來(lái)進(jìn)行測(cè)定，然后獲得其失真度數(shù)據(jù)。

用頻譜分析儀測(cè)試正弦波失真度放大器信號(hào)源諧波第71頁(yè)，共81頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2．用頻譜分析儀進(jìn)行互調(diào)測(cè)量放大器信號(hào)源信號(hào)源合路衰減器54.46÷2+（-5.70）=21.5