N9000A频谱分析仪原理介绍-最新
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• 现代频谱仪均采用本振调谐的方式。 • 固定中频，避免与可调滤波器相关的难题。
2021/6/19
混频器
n • RF ± m• LO = IF
2021/6/19
40G的频谱仪，基波混频的损耗比 谐波混频要小，损耗小本底噪声就
2021/6/19
频谱分析仪组成
------中频增益
*用来调节信号在显示器上的垂直位置而不会影响 信号在混频器输入端的电平。
• 值被保存在一个存储器中，然后用来计算频 域信号，最后频谱被
• 显示出来。
• 仅适合测量低频信号
• 动态范围和最大输入频率只能折中处理。
• 不适合脉冲信号的分析。
•
2021/6/19
应用：Tek实时频谱分析仪
• 现代频谱仪的结构组成
•
射频部分
•
硬件结构
•
重要参数
•
实现方法
•
基带数字处理部分
•
IQ信号的矢量分析
Introducing the New Low-cost CXA Signal Analyzer 2021/6/19
CXA 优异的性能
•• 和EXA/MXA共用硬软件平台
• 程控命令与EXA, MXA, ESA兼容
• 用于替代CSA和ESA系列
• 基于X系列的良好功能扩展性
主要指标:
• 三阶截止点@ 2 GHz
2021/6/19
频谱分析仪组成
------低通滤波/预选 器
低通滤波器的作用是阻止高频信号到 达混频器。这样防止带外信号与本振 相混频在中频产生多余的频率响应。
微波频谱分析仪用预选器代替了低通 滤波器，预选器是一种可调滤波器， 能够滤掉我们所关心的频率以外的其 它频率上的信号。（预选器一般只应用在 2
2021/6/19
Page 51
Introducing the New Low-cost CXA Signal Analyzer 2021/6/19
最人性化的操作界面
• 使用Auto Tune，Auto Couple自动设置相关
参数
• 完整的，自动查询内置帮助文件 • 与无线标准自动关联的功率测量组件 • 支持最大12个光标和6条轨迹显示
2021/6/19
本振信• 相号位相噪位声起噪源声于振荡器输出
信号的 • 相位、频率和幅度变化。
2021/6/19
本振相位噪声和接收机本底噪声对 接收信号的影响
2021/6/19
频谱分析仪（接收机）的固有噪声
2021/6/19
显示的本底噪声电平依赖于RF衰 减器
衰减器设值大 噪声电平高
2021/6/19
• 频谱仪的时域（0 span）为包络检波之后的电压包 络的波形。不是真正的时域信号。
2021/6/19
2 频谱分析仪的功能与基本原理
•
功能一
• 频谱分析——频谱分布、功率谱测量
•
杂散测试
•
谐波测试
2021/6/19
• 功能二
•
扩展功能——支持功率计
•
频率计功能
•
噪声系数测试
•
相位噪声测试
•
测量接收机
2021/6/19
Page 50 Group/Presentation Title
AGILENT RESTRICTED DO NOT INCLUDE SLIDE TO EXTERNAL AUDIEN
AGILENT RESTRICTED
DO NOT INCLUDE SLIDE TO EXTERNAL AUDIENCES
动态范围： 同时测量大信号和小信号的能力
+30 dBm 频谱仪最大输入电平 -10 dBm *混频器压缩电平
仪表显示范围
100 dB
功率测量范围 145 dB 信号／噪声范围 105 dB
无杂散/失真动 态范围 90 dB
仪表噪声电平随 衰减器设值和 ＲＢＷ而变化
带内杂散/失真 -100 dBm
-115 dBm (1 kHz BW & 0 dB ATTENUATION)
自动补偿衰减作用，输入信
号测量结果不会受衰减器设
2021/6/19
置的影响
衰减器对本底噪声的影响
2021/6/19
Demo2: 改变衰减器, 前置放大器对底噪，内/外部失 真的影响
1. SG: [Frequency->875.08 MHz];[Amplitude-> -100 dBm] 2. N9000A: [CF->875 MHz], [Span->200 kHz], [RBW->300 Hz], [Ref->-80 dBm], 3. N9000A: [Trace/Detector]-> {Trace 1->View};{Trace 2-> Trace On}; 4. N9000A: [Amplitude]->{Attenuation->0 dB} 5. N9000A: [Amplitude]-> {Internal Preamp-> Full Range}
• 支持轨迹运算
2021/6/19
CXA 丰富的测量功能和良好的扩展
测试功能:
• 8种一键式功率测量 (将不断பைடு நூலகம்加) • 模拟调制解调 • 相位噪声测量功能 • 噪声系数测量功能 • EMC基础测量功能
性
本机运行最先进的信号分析软件:
• 89601A VSA: 运行在PC上的矢量信号分析软件 • 89601X VXA: CXA 内置矢量信号分析软件
曹建科 13924288361
2021/6/19
内容概要
• 1、 信号分析与频谱分析概述 • 2、 频谱分析仪的功能与基本原理 • 3 、频谱分析仪关键指标的定义 • 4 、N9000A产品简介
2021/6/19
1、 信号分析与频谱分析概述
2021/6/19
2021/6/19
理想单载波信号在时域和频域的波形
tek实时频谱分析仪现代频谱仪的结构组成射频部分硬件结构重要参数实现方法基带数字处理部分iq信号的矢量分析检波方式扫频式频谱仪组成框图频谱仪主要功能是显示和测量输入信号的频谱分布和幅值频谱分析仪组成输入衰减器衰减器用途?大信号衰减获得最佳动态范围?阻抗匹配抑制非线性?鉴别伪信号?输入衰减器和中频放大器保持联动关系中频放大器自动补偿衰减作用输入信号测量结果不会受衰减器设置的影响衰减器对本底噪声的影响demo2
2021/6/19
一般单载波信号在时域和频域的波形
2021/6/19
周期信号的时域波形与频谱
2021/6/19
FM信号的时域与频域
2021/6/19
噪声信号的时域与频域
2021/6/19
• 频谱分析仪的功率与示波器的功率
• 频谱仪测得的是包络功率，示波器测得的是瞬时功 率
• 频谱分析仪的时域与示波器的时域
“一键式”功率测量组件
内置无线标准
• 邻道功率比 • 信道功率 • 信道带宽 • 频谱泄漏模板 • CCDF 互补累积分布函数 • 突发信号功率测量 • 杂散测量 • 列表扫描 (仅供程控) • 三阶交调 • 谐波测量
2021/6/19
VSA/VXA: 最先进的矢量信号分析软件
89601A/B, N/W9064A 矢量信号分析软件 • 更先进灵活的矢量信号分析能力
者 样本（Sample）检波器 3. 同时测量CW信号并观察噪声特性，标准正态
（Normal ）检波器
2021/6/19
检波器与踪迹方式的关系
2021/6/19
频谱分析仪组成
2021/6/19
3 频谱分析仪关键指标的定义
• • 相位噪声（频谱纯度） • • 接收机的固有噪声 • • 动态范围 • • 频率测量精度 • • 幅度测量精度 • • 分析带宽（解调带宽）
Modern processing Platform:
• 开放式Windows XP Pro 系统 • 提供标准的USB 2.0, 100bT LAN , GPIB, IVI COM连接方式
2021/6/19
Page 53
Introducing the New Low-cost CXA Signal Analyzer 2021/6/19
3 dB
60 dB
60 dB BW 滤波器矩形系数 = 60 dB BW 3 dB BW
2021/6/19
3 dB BW
RBW 是中频滤波器 3dB 带宽
10 kHz RBW
3 dB
两个等幅信
号之间频率差
值为中频滤波
器的3dB带宽
10kz
时，合成响应
曲线仍有两个 2021/6/19
2021/6/19
FSL 2.5 ms 46.59 ms 77.64 ms 10.98 ms 51.98 ms 447.28 ms
FSP
27.97 ms
12.22 ms 50.2 ms
ESA
34.12 ms 341.55 ms 267.36 ms
1855.41 ms
安捷伦X系列频谱仪 提供了业界最优的测 量速度，超过竞争对 手3-5倍
频谱仪平均噪声电平
2021/6/19
安捷伦 N9000A 新产品&应用介绍
2021/6/19
安捷伦N9000A CXA 信号分析仪
•最新X系列信号分析仪提供了 优异的性能，已经收到广泛认 可的用户界面，快速的测量速 度，丰富的测量功能，和优秀✓ 节约成本, 提高测量速度 的扩展性.
✓ 灵活配置 ✓ 丰富的测量应用功能 ✓ 矢量信号分析软件
+13 dBm
• 底噪 @1 GHz
-157 dBm/Hz
• 相位噪声@ 10kHz offset -100 dBc/Hz
• 幅度精度 (95%)
0.5 dB
• W-CDMA 动态范围 65 dB (with noise correction)
• 分析带宽
10 MHz
• 分辨率带宽
1 Hz – 8 MHz (160种)
GHz 以上）
2021/6/19
频谱分析仪组成
------混频器
从混频器输出的所有信号分量中， 有两个具有最大幅度的信号是我们 最想得到的，是由本振与输入信号
2021/6/19
• 参考时基
• 参考时基的精度决定频谱仪的频率精度和相位噪声
• 本振
• 晶振的频率精度和稳定度决定了频谱仪的相位噪声 。
*射频输入衰减器和中频增益是联动的。
2021/6/19
频----谱中分频析滤波仪器组成R选BW择是性可、调信的噪，比其、可测影试响速频度率
中频滤波器
输入信号频率分布 中频滤波器带宽
(RBW)
频谱分析仪显示
2021/6/19
RBW 是中频滤波器 3dB 带宽
单点频信号在频谱上测试显示结果为中频滤波器的频响形状
显示的本底噪声电平依赖于RBW 带宽
噪声电平随RBW 按
RBW1
10log----------
RBW2
规律变化
2021/6/19
频谱仪最低本底噪声显示的设置
H 最小RBW设值 H 最小衰减器设值 H 减少VBW*（平滑谱线） H 前置放大器(增益>噪声系数）
2021/6/19
频谱分析仪动态范围指标定义
•
网络分析仪(配置跟踪源)
•
电缆测试
•
空间场强测试
•
……
2021/6/19
• 功能三
•
• 信号分析——对各种移动通信标准信号的解 调
•
频率/相位误差
•
信道功率
•
•
2021/6/19
• 现代频谱分析仪的实现方式
•
• FFT分析仪
•
• 外差式频谱仪
2021/6/19
FFT分析仪
• 输入信号的带宽被A/D变换器前的模拟低通滤 波器所截断，采样
…更多功能，值得期待! ✓ 良好的使用性和代码兼容性
2021/6/19
CXA Front Panel
2021/6/19
Page 48
Introducing the New Low-cost CXA Signal Analyzer 2021/6/19
CXA Rear Panel
2021/6/19
Page 49
AGILENT RESTRICTED
CXA: 最优的测量速度
Speed Benchmark Min Sweep Time
Local Update CF tune and transfer
Peak Search Peak Search (Multi)
Preset
CXA 1 ms 7.82 ms 62.75 ms 3.77 ms 15.29 ms 51.83 ms
• 广泛的解调分析能力
• 可在CXA内部运行
• AM, FM, PM • FSK 2, 4, 8, 16, LVL • BPSK/QPSK • QAM 16 - 1024 • Bluetooth • RFID • DECT, TETRA • HIPERLAN • DVB, DTV • cdmaOne/cdma2000/1xEV-DO • GS20M21//E6/D19GE • W-CDMA, HSDPA
2021/6/19
2021/6/19
频谱分析仪组成
----检波器
2021/6/19
2021/6/19
显示检波 器类型
»取样检 波
»正峰值 检波
»负峰值 检波
»正态检 波 (Norma l)
常用检波器的选择 1. 测量CW信号，正峰值（Positive Peak） 检波器 2. 测量噪声或者宽带信号功率，平均（Average） 或
•
检波方式
2021/6/19
扫频式频谱仪组成框图
频谱仪主要功能是显示和测量输入信号的频谱分布和幅值
2021/6/19
频谱分析仪组成 ------输入衰减器
• 衰减器用途
• • 大信号衰减，获得最佳动态范 围
• • 阻抗匹配、抑制非线性 • • 鉴别伪信号
•
• •输入衰减器和中频放大器
保持联动关系 中频放大器
2021/6/19
混频器
n • RF ± m• LO = IF
2021/6/19
40G的频谱仪，基波混频的损耗比 谐波混频要小，损耗小本底噪声就
2021/6/19
频谱分析仪组成
------中频增益
*用来调节信号在显示器上的垂直位置而不会影响 信号在混频器输入端的电平。
• 值被保存在一个存储器中，然后用来计算频 域信号，最后频谱被
• 显示出来。
• 仅适合测量低频信号
• 动态范围和最大输入频率只能折中处理。
• 不适合脉冲信号的分析。
•
2021/6/19
应用：Tek实时频谱分析仪
• 现代频谱仪的结构组成
•
射频部分
•
硬件结构
•
重要参数
•
实现方法
•
基带数字处理部分
•
IQ信号的矢量分析
Introducing the New Low-cost CXA Signal Analyzer 2021/6/19
CXA 优异的性能
•• 和EXA/MXA共用硬软件平台
• 程控命令与EXA, MXA, ESA兼容
• 用于替代CSA和ESA系列
• 基于X系列的良好功能扩展性
主要指标:
• 三阶截止点@ 2 GHz
2021/6/19
频谱分析仪组成
------低通滤波/预选 器
低通滤波器的作用是阻止高频信号到 达混频器。这样防止带外信号与本振 相混频在中频产生多余的频率响应。
微波频谱分析仪用预选器代替了低通 滤波器，预选器是一种可调滤波器， 能够滤掉我们所关心的频率以外的其 它频率上的信号。（预选器一般只应用在 2
2021/6/19
Page 51
Introducing the New Low-cost CXA Signal Analyzer 2021/6/19
最人性化的操作界面
• 使用Auto Tune，Auto Couple自动设置相关
参数
• 完整的，自动查询内置帮助文件 • 与无线标准自动关联的功率测量组件 • 支持最大12个光标和6条轨迹显示
2021/6/19
本振信• 相号位相噪位声起噪源声于振荡器输出
信号的 • 相位、频率和幅度变化。
2021/6/19
本振相位噪声和接收机本底噪声对 接收信号的影响
2021/6/19
频谱分析仪（接收机）的固有噪声
2021/6/19
显示的本底噪声电平依赖于RF衰 减器
衰减器设值大 噪声电平高
2021/6/19
• 频谱仪的时域（0 span）为包络检波之后的电压包 络的波形。不是真正的时域信号。
2021/6/19
2 频谱分析仪的功能与基本原理
•
功能一
• 频谱分析——频谱分布、功率谱测量
•
杂散测试
•
谐波测试
2021/6/19
• 功能二
•
扩展功能——支持功率计
•
频率计功能
•
噪声系数测试
•
相位噪声测试
•
测量接收机
2021/6/19
Page 50 Group/Presentation Title
AGILENT RESTRICTED DO NOT INCLUDE SLIDE TO EXTERNAL AUDIEN
AGILENT RESTRICTED
DO NOT INCLUDE SLIDE TO EXTERNAL AUDIENCES
动态范围： 同时测量大信号和小信号的能力
+30 dBm 频谱仪最大输入电平 -10 dBm *混频器压缩电平
仪表显示范围
100 dB
功率测量范围 145 dB 信号／噪声范围 105 dB
无杂散/失真动 态范围 90 dB
仪表噪声电平随 衰减器设值和 ＲＢＷ而变化
带内杂散/失真 -100 dBm
-115 dBm (1 kHz BW & 0 dB ATTENUATION)
自动补偿衰减作用，输入信
号测量结果不会受衰减器设
2021/6/19
置的影响
衰减器对本底噪声的影响
2021/6/19
Demo2: 改变衰减器, 前置放大器对底噪，内/外部失 真的影响
1. SG: [Frequency->875.08 MHz];[Amplitude-> -100 dBm] 2. N9000A: [CF->875 MHz], [Span->200 kHz], [RBW->300 Hz], [Ref->-80 dBm], 3. N9000A: [Trace/Detector]-> {Trace 1->View};{Trace 2-> Trace On}; 4. N9000A: [Amplitude]->{Attenuation->0 dB} 5. N9000A: [Amplitude]-> {Internal Preamp-> Full Range}
• 支持轨迹运算
2021/6/19
CXA 丰富的测量功能和良好的扩展
测试功能:
• 8种一键式功率测量 (将不断பைடு நூலகம்加) • 模拟调制解调 • 相位噪声测量功能 • 噪声系数测量功能 • EMC基础测量功能
性
本机运行最先进的信号分析软件:
• 89601A VSA: 运行在PC上的矢量信号分析软件 • 89601X VXA: CXA 内置矢量信号分析软件
曹建科 13924288361
2021/6/19
内容概要
• 1、 信号分析与频谱分析概述 • 2、 频谱分析仪的功能与基本原理 • 3 、频谱分析仪关键指标的定义 • 4 、N9000A产品简介
2021/6/19
1、 信号分析与频谱分析概述
2021/6/19
2021/6/19
理想单载波信号在时域和频域的波形
tek实时频谱分析仪现代频谱仪的结构组成射频部分硬件结构重要参数实现方法基带数字处理部分iq信号的矢量分析检波方式扫频式频谱仪组成框图频谱仪主要功能是显示和测量输入信号的频谱分布和幅值频谱分析仪组成输入衰减器衰减器用途?大信号衰减获得最佳动态范围?阻抗匹配抑制非线性?鉴别伪信号?输入衰减器和中频放大器保持联动关系中频放大器自动补偿衰减作用输入信号测量结果不会受衰减器设置的影响衰减器对本底噪声的影响demo2
2021/6/19
一般单载波信号在时域和频域的波形
2021/6/19
周期信号的时域波形与频谱
2021/6/19
FM信号的时域与频域
2021/6/19
噪声信号的时域与频域
2021/6/19
• 频谱分析仪的功率与示波器的功率
• 频谱仪测得的是包络功率，示波器测得的是瞬时功 率
• 频谱分析仪的时域与示波器的时域
“一键式”功率测量组件
内置无线标准
• 邻道功率比 • 信道功率 • 信道带宽 • 频谱泄漏模板 • CCDF 互补累积分布函数 • 突发信号功率测量 • 杂散测量 • 列表扫描 (仅供程控) • 三阶交调 • 谐波测量
2021/6/19
VSA/VXA: 最先进的矢量信号分析软件
89601A/B, N/W9064A 矢量信号分析软件 • 更先进灵活的矢量信号分析能力
者 样本（Sample）检波器 3. 同时测量CW信号并观察噪声特性，标准正态
（Normal ）检波器
2021/6/19
检波器与踪迹方式的关系
2021/6/19
频谱分析仪组成
2021/6/19
3 频谱分析仪关键指标的定义
• • 相位噪声（频谱纯度） • • 接收机的固有噪声 • • 动态范围 • • 频率测量精度 • • 幅度测量精度 • • 分析带宽（解调带宽）
Modern processing Platform:
• 开放式Windows XP Pro 系统 • 提供标准的USB 2.0, 100bT LAN , GPIB, IVI COM连接方式
2021/6/19
Page 53
Introducing the New Low-cost CXA Signal Analyzer 2021/6/19
3 dB
60 dB
60 dB BW 滤波器矩形系数 = 60 dB BW 3 dB BW
2021/6/19
3 dB BW
RBW 是中频滤波器 3dB 带宽
10 kHz RBW
3 dB
两个等幅信
号之间频率差
值为中频滤波
器的3dB带宽
10kz
时，合成响应
曲线仍有两个 2021/6/19
2021/6/19
FSL 2.5 ms 46.59 ms 77.64 ms 10.98 ms 51.98 ms 447.28 ms
FSP
27.97 ms
12.22 ms 50.2 ms
ESA
34.12 ms 341.55 ms 267.36 ms
1855.41 ms
安捷伦X系列频谱仪 提供了业界最优的测 量速度，超过竞争对 手3-5倍
频谱仪平均噪声电平
2021/6/19
安捷伦 N9000A 新产品&应用介绍
2021/6/19
安捷伦N9000A CXA 信号分析仪
•最新X系列信号分析仪提供了 优异的性能，已经收到广泛认 可的用户界面，快速的测量速 度，丰富的测量功能，和优秀✓ 节约成本, 提高测量速度 的扩展性.
✓ 灵活配置 ✓ 丰富的测量应用功能 ✓ 矢量信号分析软件
+13 dBm
• 底噪 @1 GHz
-157 dBm/Hz
• 相位噪声@ 10kHz offset -100 dBc/Hz
• 幅度精度 (95%)
0.5 dB
• W-CDMA 动态范围 65 dB (with noise correction)
• 分析带宽
10 MHz
• 分辨率带宽
1 Hz – 8 MHz (160种)
GHz 以上）
2021/6/19
频谱分析仪组成
------混频器
从混频器输出的所有信号分量中， 有两个具有最大幅度的信号是我们 最想得到的，是由本振与输入信号
2021/6/19
• 参考时基
• 参考时基的精度决定频谱仪的频率精度和相位噪声
• 本振
• 晶振的频率精度和稳定度决定了频谱仪的相位噪声 。
*射频输入衰减器和中频增益是联动的。
2021/6/19
频----谱中分频析滤波仪器组成R选BW择是性可、调信的噪，比其、可测影试响速频度率
中频滤波器
输入信号频率分布 中频滤波器带宽
(RBW)
频谱分析仪显示
2021/6/19
RBW 是中频滤波器 3dB 带宽
单点频信号在频谱上测试显示结果为中频滤波器的频响形状
显示的本底噪声电平依赖于RBW 带宽
噪声电平随RBW 按
RBW1
10log----------
RBW2
规律变化
2021/6/19
频谱仪最低本底噪声显示的设置
H 最小RBW设值 H 最小衰减器设值 H 减少VBW*（平滑谱线） H 前置放大器(增益>噪声系数）
2021/6/19
频谱分析仪动态范围指标定义
•
网络分析仪(配置跟踪源)
•
电缆测试
•
空间场强测试
•
……
2021/6/19
• 功能三
•
• 信号分析——对各种移动通信标准信号的解 调
•
频率/相位误差
•
信道功率
•
•
2021/6/19
• 现代频谱分析仪的实现方式
•
• FFT分析仪
•
• 外差式频谱仪
2021/6/19
FFT分析仪
• 输入信号的带宽被A/D变换器前的模拟低通滤 波器所截断，采样
…更多功能，值得期待! ✓ 良好的使用性和代码兼容性
2021/6/19
CXA Front Panel
2021/6/19
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Introducing the New Low-cost CXA Signal Analyzer 2021/6/19
CXA Rear Panel
2021/6/19
Page 49
AGILENT RESTRICTED
CXA: 最优的测量速度
Speed Benchmark Min Sweep Time
Local Update CF tune and transfer
Peak Search Peak Search (Multi)
Preset
CXA 1 ms 7.82 ms 62.75 ms 3.77 ms 15.29 ms 51.83 ms
• 广泛的解调分析能力
• 可在CXA内部运行
• AM, FM, PM • FSK 2, 4, 8, 16, LVL • BPSK/QPSK • QAM 16 - 1024 • Bluetooth • RFID • DECT, TETRA • HIPERLAN • DVB, DTV • cdmaOne/cdma2000/1xEV-DO • GS20M21//E6/D19GE • W-CDMA, HSDPA
2021/6/19
2021/6/19
频谱分析仪组成
----检波器
2021/6/19
2021/6/19
显示检波 器类型
»取样检 波
»正峰值 检波
»负峰值 检波
»正态检 波 (Norma l)
常用检波器的选择 1. 测量CW信号，正峰值（Positive Peak） 检波器 2. 测量噪声或者宽带信号功率，平均（Average） 或
•
检波方式
2021/6/19
扫频式频谱仪组成框图
频谱仪主要功能是显示和测量输入信号的频谱分布和幅值
2021/6/19
频谱分析仪组成 ------输入衰减器
• 衰减器用途
• • 大信号衰减，获得最佳动态范 围
• • 阻抗匹配、抑制非线性 • • 鉴别伪信号
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• •输入衰减器和中频放大器
保持联动关系 中频放大器