2022年频谱仪简述 .pdf

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1、频谱仪简述摘要： 在各个科学研究领域中，频谱仪是非常重要的一种电子测量工具。为了更好的使用频谱仪，必须了解其工作原理和其主要的功能，技术参数等等， 注意它在实际使用中的的问题。关键词： 主要功能；测量原理；技术指标；最新产品引言频谱仪作为一种测量工具，在电子通信领域被广泛的使用，所以了解频谱仪的主要功能测量原理和其技术指标才能在工作中更好的使用频谱仪，发挥更多的作用。一、频谱仪介绍频谱分析是指在频域里显示输入信号的频谱特性。扫描调谐式频谱分析仪大多采用超外差式，其工作原理和超外差式接收机基本类同。傅里叶变换频谱分析仪首先对时域的信号数字化然后进行快速傅里叶变换，并显示变换后各频谱分量，可分析单

2、次出现信号， 可同时获得测量信号的幅度和相位，其频率范围、 灵敏度和动态范围都不超过超外差式频谱分析仪。二、功能介绍1.信道功率测试：测试指定区域内的中频功率之和与区域宽度。概言之，就是测试指定频段内的信号总功率，或噪声总功率。2.邻信道功率测试：可测邻道泄露的上下行载波功率强度。概言之，可以选择多种测试方法包括总功率、参照电平强度、带内测试的方面精确测试载波功率强度。3. 可测电路或者PCB 板上器件和电路间的电磁场强度：频谱仪只可以测试电信号，但是配上天线和不同探头就可以测试场强。例如 DSA815 可以测试1.5G 以内信号， 配上天线就可以测试物联网，RFID 等信号， 配上近场探头就

3、可以测试电场和磁场的信号。你也可以自己制作电场、磁场的感应器接到频谱仪上就可以测试了。4标记测量：例如MSA-338 有两种模式： 其一是常规模式，最多显示测试点的7 个活动频点和最多 3 个活动的电平值；另一测试模式叫DELTA 测试模式，可以对比2 个测试点的频率与电平。5.峰值查找：分两种，一种为全频峰值查找，一种为范围内查找。6. 占用带宽测试二、工作原理频谱分析仪架构犹如时域用途的示波器，面板上布建许多功能控制按键，作为系统功能之调整与控制， 实时频谱分析仪与扫瞄调谐频谱分析仪。实时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅，其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知

4、器，再经由同步的多任务扫瞄器将信号传送到CRT 屏幕上，其优点是能显示周期性杂散波的瞬间反应， 其缺点是价昂且性能受限于频宽范围、滤波频谱分析仪器的数目与最大的多任务交名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 9 页 - - - - - - - - - 换时间。最常用的频谱分析仪是扫瞄调谐频谱分析仪，可调变的本地振荡器经与CRT 同步的扫瞄产生器产生随时间作线性变化的振荡频率，经混波器与输入信号混波降频后的中频信号（IF）再放大、滤波与检波传送到CRT 的垂直方向板

5、，因此在CRT 的纵轴显示信号振幅与频率的对应关系。影响信号反应的重要部份为滤波器频宽，滤波器之特性为高斯滤波器，影响的功能就是量测时常见到的解析频宽。RBW 代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的最低频宽差异，两个不同频率的信号频宽如低于频谱分析仪的RBW ，此时该两信号将重叠，难以分辨，较低的 RBW 固然有助于不同频率信号的分辨与量测，低的 RBW 将滤除较高频率的信号成份， 导致信号显示时产生失真，失真值与设定的RBW 密切相关， 较高的 RBW 固然有助于宽带带信号的侦测，将增加噪声底层值，降低量测灵敏度，对于侦测低强度的信号易产生阻碍，因此适当的RBW 宽度是正确使用频谱分析

6、仪重要的概念。另外的视频频宽代表单一信号显示在屏幕所需的最低频宽。如前所说明，量测信号时，视频频宽过与不及均非适宜，都将造成量测的困扰，如何调整必须加以了解。通常 RBW 的频宽大于等于VBW ，调整 RBW 而信号振幅并无产生明显的变化，此时之RBW 频宽即可加以采用。 量测 RF 视频载波时， 信号经设备内部的混波器降频后再加以放大、滤波（RBW 决定）及检波显示等流程，若扫描太快，RBW 滤波器将无法完全充电到信号的振幅峰值，因此必须维持足够的扫描时间，而RBW 的宽度与扫描时间呈互动关系，RBW 较大，扫描时间也较快，反之亦然，RBW 适当宽度的选择因而显现其重要性。较宽的RBW 较能

7、充分地反应输入信号的波形与振幅，但较低的RBW 将能区别不同频率的信号。例如使用于6MHz 频宽视讯频道的量测，经验得知， RBW 为 300kHz 与 3MHz 时，载波振幅峰值并不产生显著变化， 量测 6MHz 的视频信号通常选用300kHz 的 RBW 以降低噪声。 天线信号量测时，频谱分析仪的展频使用100MHz ，获得较宽广的信号频谱需求，RBW 使用 3MHz 。这些的量测参数并非一成不变，将会依现场状况及过去量测的经验加以调整。三、技术指标频谱分析仪的主要技术指标有频率范围、分辨力、 分析谱宽、 分析时间、 扫频速度、 灵敏度、显示方式和假响应。频率范围频谱分析仪进行正常工作的频

8、率区间。现代频谱仪的频率范围能从低于1 赫直至 300 吉赫。分辨力频谱分析仪在显示器上能够区分最邻近的两条谱线之间频率间隔的能力，是频谱分析仪最重要的技术指标。分辨力与滤波器型式、波形因数、带宽、本振稳定度、剩余调频和边带噪声等因素有关， 扫频式频谱分析仪的分辨力还与扫描速度有关。分辨带宽越窄越好。现代频谱仪在高频段分辨力为10100 赫。分析谱宽又称频率跨度。 频谱分析仪在一次测量分析中能显示的频率范围，可等于或小于仪器的频率范围，通常是可调的、分析时间名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -

9、 - - - - 第 2 页，共 9 页 - - - - - - - - - 完成一次频谱分析所需的时间，它与分析谱宽和分辨力有密切关系。对于实时式频谱分析仪，分析时间不能小于其最窄分辨带宽的倒数。扫频速度：分析谱宽与分析时间之比，也就是扫频的本振频率变化速率。灵敏度频谱分析仪显示微弱信号的能力，受频谱仪内部噪声的限制，通常要求灵敏度越高越好。动态范围指在显示器上可同时观测的最强信号与最弱信号之比。现代频谱分析仪的动态范围可达 80 分贝。显示方式频谱分析仪显示的幅度与输入信号幅度之间的关系。通常有线性显示、 平方律显示和对数显示三种方式。假响应显示器上出现不应有的谱线。这对超外差系统是不可避

10、免的，应设法抑止到最小，现代频谱分析仪可做到小于-90 分贝毫瓦。四、新型产品泰克-RSA5103A （RSA5000 系列）RSA5103A 基本参数捕捉带宽： 25MHz ，40MHz ，85MHz ，110MHz 频率范围： 1Hz-3GHz 100% POI 的最短事件时长：3.7s RSA5103A 主要特点特点： SA5000 系列取代传统高性能信号分析仪，能够满足日常几乎所有测试需求，并提高了测试可信度。在2GHz 频点，三阶互调截止点（TOI）达到 +17dBm ， 显示平均噪声底电平（ DANL ）达到 -154dBm/Hz ，动态范围挑战频谱分析极限。所有信号都通过预选器，

11、消除名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 9 页 - - - - - - - - - 了镜像频率。因此不需要使用“预选器旁路”来折中动态范围和分析带宽之间的矛盾。高速扫描仍能保证高分辨率和低噪声：1GHz 扫宽,10kHz 分辨率带宽 （RBW ）,扫描速度 0 dBm（内部或外部参考源）+4dBm ，典型值外部参考输入频率10 MHz 30 Hz 外部参考输入频率要求为了避免噪声出现，杂散电平在 100 kHz偏置范围内 -80 dBc 杂散100 kHz 偏

12、置范围内 -80 dBc 输入功率范围-10dBm 至+6dBm 触发相关参数描述名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 9 页 - - - - - - - - - 触发模式自由、触发、快帧（fast frame）触发源RF输入、触发 1 （前面）、触发 2 （背面）、门限触发、功率线触发触发类型功率（标配）、频率模板（选件 52 ）、频率沿、 DPX 密度、欠幅、时间限定（选件 200 ）触发设置触发时间点可设置在总采集长度的 1-99% 触发组合逻辑“Trig

13、 1 AND Trig 2/Gate”可以定义为一个触发事件触发行为一旦触发，保存采集数据并且（或者）保存图片11 kHz 至 40 MHz + 全波段（选件85）触发位置时间不确定性25MHz 采集带宽， 10MHz 带宽（标准）不确定性 = 15 ns 40 MHz 采集带宽， 20MHz 带宽（选件40）不确定性 = 10ns 85 MHz 采集带宽， 40MHz 带宽（选件85）不确定性 = 5 ns 触发重建时间，最小值（fast frameon）25 MHz 采集带宽25 s 40 MHz 采集带宽（选件40）10 s 85 MHz 采集带宽（选件85）5 s 信号持续时间（滤波器

14、=off ）10 MHz 采集带宽40 ns 40 MHz 采集带宽（选件40）25 ns 85 MHz 采集带宽（选件85）12 ns 外部触发 1电平范围-2.5 V 至 +2.5 V 电平设置分辨率0.01 V 触发位置时间不确定性（50 输入阻抗）25MHz 采集带宽， 25MHz 带宽（标准）不确定性 = 20 ns 40 MHz 采集带宽， 40MHz 带宽（选件40）不确定性 = 15ns 85 MHz 采集带宽， 85MHz 带宽（选件 85）不确定性 = 12 ns 输入阻抗可选50/5 k 阻抗（标称值）外部触发 2门限电压固定， TTL 输入阻抗10 k （标称值）触发状

15、态选择高, 低触发输出电压（输出电流 2.0 V 低： 64,000 条记录（适用于脉冲测量和三维频谱图分析）存储深度（时间）和最小时间分辨率采集带宽采样率（对于 I 和 Q ）记录长度记录长度（选件 53）时间分辨率85 MHz （选件 85）150 MS/s 1.79 s 7.15 s 6.6667 ns 40 MHz （选件 40）75 MS/s 3.57 s 14.3 s 13.33 ns 25 MHz 50 MS/s 5.28 s 21.1 s 20 ns 20 MHz 25 MS/s 10.5 s 42.2 s 40 ns 10 MHz 12.5 MS/s 21.1 s 84.5

16、s 80 ns 5 MHz 6.25 MS/s 42.2 s 169.1 s 160 ns 2 MHz*13.125 MS/s 42.9 s 171.7 s 320 ns 1 MHz 1.56 MS/s 85.8 s 343.5 s 640 ns 500 kHz 781 kS/s 171.7 s 687.1 s 1.28 s 200 kHz 390 kS/s 343.5 s 1347 s 2.56 s 100 kHz 195 kS/s 687.1 s 2748 s 5.12 s 50 kHz 97.6 kS/s 1374 s 55497 s 10.24 s 20 kHz 48.8 kS/s 2

17、748 s 10955 s 20.48 s 10 kHz 24.4 kS/s 5497 s 21990 s 40.96 s 5 kHz 12.2 kS/s 10955 s 43980 s 81.92 s 2 kHz 3.05 kS/s 43980 s 175921 s 328 s 1 kHz 1.52 kS/s 87960 s 351843 s 655 s 500 Hz 762 S/s 175921 s 703687 s 1.31 ms 200 Hz 381 S/s 351843 s 1407374 s 2.62 ms 100 Hz 190 S/s 703686 s 2814749 s 5.2

18、4 ms *1在 2 MHz 的跨度中，会存储分辨率更高的数据带宽相关参数描述分辨率带宽分辨率带宽范围（频谱分析模式）0.1 Hz-5 MHz （10MHz ，选件 85）（ 1, 2, 3, 5 序列 , 自动耦合）或用户选择（任意）分辨率带宽形状近似高斯，形状系数4.1:1 （60:3 dB ） 10%，典型值分辨率带宽精度 1%（自动耦合 RBW 模式）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 9 页 - - - - - - - - - 分辨率带宽滤波器类型K

19、aiser 窗口（ RBW ）、 -6 dB Mil、CISPR 、Blackman-Harris 4B 窗口、均匀（无）窗口、平顶（ CW 幅度）窗口、 Hanning Window 视频带宽视频带宽范围1Hz - 5MHz 外加大的全频模式最大 RBW/VBW 10,000:1 最小 RBW/VBW 1:1 外加全频模式分辨率输入值的 5% 精度（典型值 , 检波器: 平均）10% 时域带宽（幅度对时间显示）时域带宽范围至少 1/10 到 1/10,000的采集带宽，最小1Hz 时域带宽形状 10 MHz ，近似于高斯分部，形状系数4.1:1 （60:3dB ）， 10% 典型值20MHz

20、 （60MHz ，选件 85，形状系数 20MHz 到 60MHz ，选件 85 ）， 10% 指定中心频率（ CF）上的相位噪声，dBc/Hz偏置中心频率 = 10 MHz 中心频率 = 1 GHz 中心频率 = 2 GHz 中心频率 = 6 GHz 典型指标典型典型典型1 kHz 128 103 107 107 104 10 kHz 134 109 113 112 109 100 kHz 134 112 116 115 114 1 MHz 135 130 139 137 135 6 MHz 140 134 144 142 141 10 MHz NA 135 144 142 141 分辨率带

21、宽范围对采集带宽（DPX?）采集带宽标准选件 200 RBW （最小）RBW （最小）RBW （最大）85 MHz （选件 85 ）640 kHz 20 kHz 10 MHz 55 MHz （选件 85 ）320 kHz 10 kHz 5 MHz 40 MHz （选件 40/85 ）320 kHz 10 kHz 5 MHz 25 MHz 214 kHz 10 kHz 3 MHz 20 MHz 107 kHz 5 kHz 2 MHz 10 MHz 53.3 kHz 2 kHz 1 MHz 5 MHz 26.7 kHz 1 kHz 500 kHz 2 MHz 13.4 kHz 500 Hz 200

22、 kHz 1 MHz 6.66 kHz 200 Hz 100 kHz 500 kHz 3.33 kHz 100 Hz 50 kHz 200 kHz 1.67 kHz 50 Hz 20 kHz 100 kHz 833 Hz 20 Hz 10 kHz 50 kHz 417 Hz 10 Hz 5 kHz 20 kHz 209 Hz 5 Hz 2 kHz 10 kHz 105 Hz 2 Hz 1 kHz 5 kHz 52 Hz 0.1 Hz 500 Hz 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 9 页 - - - - - - - - - 2 kHz 13.1 Hz 0.1 Hz 200 Hz 1 kHz 6.51 Hz 0.1 Hz 100 Hz 500 Hz 3.26 Hz 0.1 Hz 50 Hz 200 Hz 1.63 Hz 0.1 Hz 20 Hz 100 Hz 0.819 Hz 0.1 Hz 10 Hz 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 9 页 - - - - - - - - -