[工学]频谱分析仪基础课件.ppt

频谱分析仪基础频谱分析仪基础1.频谱分析的基本概念2.频谱分析仪的基本原理3.频谱分析仪的基本指标4.影响频谱分析仪性能的因素2信号与频谱分析基本概念信号的波形信息信号的频域信息信号的矢量域信息示波器实现时域信号的实时测量，可以测量信示波器实现时域信号的实时测量，可以测量信号的幅度，峰峰值，有效值，平均值，上升时号的幅度，峰峰值，有效值，平均值，上升时间，下降时间，周期，频率，脉冲宽度，脉冲间，下降时间，周期，频率，脉冲宽度，脉冲周期，脉冲超调量，振铃，稳态幅度，数字信周期，脉冲超调量，振铃，稳态幅度，数字信号的眼图，以及其它一些波形细节参数，是宽号的眼图，以及其它一些波形细节参数，是宽带测量仪器，示波器的带宽，数字示波器的带测量仪器，示波器的带宽，数字示波器的AD采样频率决定了测量信号的最大带宽。采样频率决定了测量信号的最大带宽。频谱分析仪测量信号的频率信息，包括频率，功频谱分析仪测量信号的频率信息，包括频率，功率，谐波失真，杂波干扰，信号的相位噪声谱，率，谐波失真，杂波干扰，信号的相位噪声谱，器件的噪声系数高级的频谱分析仪还可以实现对器件的噪声系数高级的频谱分析仪还可以实现对各种调整格式的解调。各种调整格式的解调。包括包括ASK，PSK，FSK，QPSK，QAM，OFDM，画出，画出解调后信号的星座图（解调后信号的星座图（Constellation diagram），），误差向量幅度（误差向量幅度（EVM），分析幅度和相位误差等。），分析幅度和相位误差等。矢量网络分析仪可以测量向量信号，包括信号的矢量网络分析仪可以测量向量信号，包括信号的幅度，相位，扫描系统或器件的传输幅频响应和幅度，相位，扫描系统或器件的传输幅频响应和相频响应，测量驻波比，测量系统或器件反射系相频响应，测量驻波比，测量系统或器件反射系数，特征阻抗，测量史密斯圆图等。数，特征阻抗，测量史密斯圆图等。信号与频谱分析基本概念信号与频谱分析基本概念7信号与频谱分析基本概念信号与频谱分析基本概念信号与频谱分析基本概念信号与频谱分析基本概念周期信号周期信号单载波信号扫描信号非周期信号非周期信号瞬态信号噪声信号调制信号调制信号数字调整信号模拟调整信号信号与频谱分析基本概念信号与频谱分析基本概念10信号与频谱分析基本概念信号与频谱分析基本概念11信号与频谱分析基本概念信号与频谱分析基本概念12信号与频谱分析基本概念信号与频谱分析基本概念13信号与频谱分析基本概念信号与频谱分析基本概念14信号与频谱分析基本概念信号与频谱分析基本概念15信号与频谱分析基本概念信号与频谱分析基本概念dB和dBm的定义16扫频式频谱仪结构框图频谱仪可以显示和测量输入信号的频谱分布和幅度。17频谱仪的工作原理频谱仪的工作原理输入衰减器，中频放大器 扩大输入信号的动态范围。保证输入到混频器的信号幅度在一定范围内，防止混频器过载，增益压缩，信号畸变。频谱仪的工作原理频谱仪的工作原理混频器混频器2023/1/11频谱仪的工作原理频谱仪的工作原理中频滤波器RBW表示中频滤波器的带宽，可以影响频率选择性，信噪比，频率扫描速度。在数字式频谱分析仪中由数字滤波器实现。2023/1/11结论：1.RBW越小，数字滤波器的带宽越窄，频率选择性（频率分辨率）越高。2.RBW越小，等效噪声带宽越小，频谱仪的本底噪声越低，检测微弱信号的能力越强。3.RBW越小，在频率扫描宽度一定的前提下（SPAN一定时），频率扫描的速度越慢。因此根据输入信号的强度，频率检测的精度选择合适的RBW值。2023/1/11频谱仪的工作原理频谱仪的工作原理包络检波器 作用是将中频信号转换成基带信号或视频信号。2023/1/11频谱仪的工作原理频谱仪的工作原理检波方式数字化检波类型2023/1/11频谱仪的工作原理频谱仪的工作原理视频滤波器2023/1/11频谱仪的主要性能指标频谱仪的主要性能指标频率 工作频率范围-测量信号的频率范围（最大频率，最小频率）频率分辨率-测量信号的最小频率间隔幅度 测量输入信号的动态范围-可以测量的最大信号和最小信号 20log10(Vmax/Vmin)或者10log10(Pmax/Pmin)灵敏度-可以检测的最小信号的功率 内部失真-可以检测的最大信号的功率测试精度 幅度精度 频率精度扫描速度 2023/1/11频谱仪的主要性能指标频谱仪的主要性能指标2023/1/11频谱仪的主要参数设置频谱仪的主要参数设置频率显示范围频率显示范围起始频率 终止频率中心频率 频率跨度频率显示分辨率频率显示分辨率RBW 分辨带宽电平显示范围电平显示范围参考电平扫描时间扫描时间2023/1/11影响频率分辨率的主要因素影响频率分辨率的主要因素2023/1/11RBW表示中频滤波器的表示中频滤波器的3dB带宽带宽单点频信号在频率仪上测量显示结果为中频滤波器的频谱形状单点频信号在频率仪上测量显示结果为中频滤波器的频谱形状2023/1/11RBW对对频谱仪分辨率的影响频谱仪分辨率的影响2023/1/11中频滤波器矩形系数的影响中频滤波器矩形系数的影响频谱仪分辨不等幅信号的能力频谱仪分辨不等幅信号的能力2023/1/11本振寄生调频对测量的影响本振寄生调频对测量的影响频率分析仪的最小频率分辨带宽，一定程度上由本频率分析仪的最小频率分辨带宽，一定程度上由本地振荡信号的稳定性决定。地振荡信号的稳定性决定。寄生调频是描述本振稳定性的一个指标。2023/1/11本振相位噪声对测量的影响本振相位噪声对测量的影响相位噪声决定本振信号的线宽，决定对不同幅度的频率分量相位噪声决定本振信号的线宽，决定对不同幅度的频率分量的分辨能力。的分辨能力。相位噪声显示和分辨率带宽RBW的设置有关。本振相位噪声在频域上表现为信号频谱的噪声边带2023/1/11频谱仪测试的灵敏度频谱仪测试的灵敏度2023/1/11影响频谱仪灵敏度的主要因素影响频谱仪灵敏度的主要因素衰减器设置衰减器设置衰减器设置值越大，噪声电平越高。2023/1/11影响频谱仪灵敏度的主要因素影响频谱仪灵敏度的主要因素RBW噪声电平随RBW按照10logRBW1/RBW2规律变化2023/1/11影响频谱仪灵敏度的主要因素影响频谱仪灵敏度的主要因素VBW影响显示影响显示VBW影响显示噪声电平的方差，减小VBW得到其平均值，减小VBW有利于在噪声背景下检测CW信号。2023/1/11频谱分析仪的性能指标频谱分析仪的性能指标内部失真内部失真2023/1/11频谱分析仪产生内部失真的原因频谱分析仪产生内部失真的原因混频器以及内部其它电路产生的非线性失真混频器以及内部其它电路产生的非线性失真2023/1/11非线性引起失真信号的变化规律非线性引起失真信号的变化规律为减小频谱仪内部失真，混频器应尽量工作在低电平，应加大衰减值。2023/1/11无无失真测试动态范围失真测试动态范围在在内部失真和噪声电平之间进行折中。内部失真和噪声电平之间进行折中。2023/1/11频谱分析仪动态范围指标定义频谱分析仪动态范围指标定义2023/1/11提高频谱仪灵敏度的方法提高频谱仪灵敏度的方法1.RBW设置为最小。设置为最小。2.衰减器衰减值设置为最小。衰减器衰减值设置为最小。3.VBW设置为最小。设置为最小。4.前置放大器的噪声系数最小。（增益大前置放大器的噪声系数最小。（增益大于噪声系数）于噪声系数）2023/1/11改变衰减器改变衰减器来来判断频谱仪测试结果的真实性。判断频谱仪测试结果的真实性。2023/1/11提高频谱仪幅度测量精度的方法提高频谱仪幅度测量精度的方法内部自校内部自校设置参考电平，使被测信号电平尽可能接近参考电平设置参考电平，使被测信号电平尽可能接近参考电平频响误差修正频响误差修正2023/1/11提高频谱仪频率测量精度的方法提高频谱仪频率测量精度的方法计数器功能计数器功能计数器方式下，频谱仪频率测量精度和扫频宽度无关。计数器方式下，频谱仪频率测量精度和扫频宽度无关。2023/1/112023/1/112023/1/112023/1/11附录附录