具有时域测量功能的频谱分析仪在EMC测试中的应用
频谱分析仪的原理和应用
频谱分析分类 扫瞄调谐频谱分析仪(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer) 扫瞄调谐频谱分析仪 实时频谱分析仪(Real-Time Spectrum Analyzer) 实时频谱分析仪 扫频式：具有显示装置的扫频超外差接收机，主要用于连续信 扫频式 号和周期信号的频谱分析。它工作于声频直至亚毫米1-0.1mm的波 频段，只显示信号的幅度而不显示信号的相位。 实时：在存在被测信号的有限时间内提取信号的全部频谱信息 实时 进行分析并显示其结果的仪器主要用于分析持续时间很短的非重复 性平稳随机过程和暂态过程，也能分析40兆赫以下的低频和极低频 连续信号，能显示幅度和相位。
为什么要测量频谱？ 测量信号的谐波分量 谐波分量还是在频域上进行比较好。通信业人士 谐波分量 极为关注信号的谐波干扰 谐波干扰。例如，蜂窝无线通信系统就必须测量 谐波干扰 载波信号的谐波分量，因为这些谐波可能会干扰到工作在该蜂窝 通信系统谐波频率上的其它无线应用系统。 占用带宽是另一个重要的频域测量指标。信号的调制扩展了它 占用带宽 的频谱宽度，为了防止干扰到其它信道上的信号，需要对信号所 占用的频带宽度进行严格的限制。电磁干扰测量也可以认为是占 用带宽测试的一种。不需要的信号，辐射的或者传导引入的（通 过电源线或者其它互连导线引入），都有可能降低其它系统的性 能。在频域上测量辐射性能。 频域测量确实有它的一席之地。
主控制功能键区（ 主控制功能键区（FUNC） ） ◆ FREQ（频率）：频率参数设置键 （频率） 用于设置中心频率、起始频率、终止频率、频率步长等有关测量的 频率参数。 ◆ SPAN（扫宽）：频率间隔（扫宽）设置键 （扫宽） 用于设置扫描频率间隔、扫宽缩放、全带扫宽、零带扫宽等有关测 量的频率扫宽参数。 ◆ AMPT（幅度）：电平幅度设置键 （幅度） 可进行参考电平值、输入衰减器自动/手动控制、对数/线性切换、 电平幅度单位、显示刻度等有关电平测量的参数设置。 ◆MODE （模式）：仪器测量模式键 模式） 根据测量领域的需要可选择相应软键菜单功能将仪器设置为频谱分 析,数字电视、有线电视等
频谱分析仪解决方案
频谱分析仪解决方案一、概述频谱分析仪是一种用于测量和分析信号频谱特性的仪器，广泛应用于无线通信、电子设备测试、音频与视频处理等领域。
本文将介绍一种频谱分析仪解决方案，包括其原理、技术特点、应用场景和优势。
二、原理频谱分析仪基于傅里叶变换原理，将时域信号转换为频域信号，通过显示信号在频率上的分布情况，帮助用户了解信号的频谱特性。
它可以测量信号的频率、幅度、相位等参数，并提供频谱图、功率谱密度图等图形显示。
三、技术特点1. 宽频带覆盖：频谱分析仪具有宽频带覆盖能力，可以处理从几千赫兹到数十吉赫兹的信号。
2. 高精度测量：采用高精度的采样和数字信号处理技术，能够实现对信号参数的精确测量。
3. 实时性能：具备实时处理能力，可以对连续变化的信号进行实时监测和分析。
4. 多功能操作：支持多种测量模式和参数设置，满足不同应用场景的需求。
5. 用户友好界面：提供直观的操作界面和数据显示，方便用户快速掌握仪器的使用方法。
四、应用场景1. 通信领域：频谱分析仪在无线通信系统的规划、优化和故障排查中起到重要作用。
它可以帮助工程师分析信号的频谱利用率、干扰情况等，提供有效的解决方案。
2. 电子设备测试：频谱分析仪可用于电子设备的调试和测试，包括射频电路、信号发生器、功率放大器等。
通过对信号频谱特性的分析，可以发现和解决电路中的问题。
3. 音频与视频处理：频谱分析仪可用于音频和视频信号的处理与分析。
例如，在音频系统中，可以通过分析频谱特性来优化音频设备的参数设置，提高音质和音量。
4. 科学研究：频谱分析仪在科学研究中也有广泛应用，如天文学、地球物理学等领域。
它可以帮助研究人员分析和研究信号的频谱特性，探索自然界的规律。
五、优势1. 高性能：频谱分析仪采用先进的技术和算法，具有高灵敏度、高分辨率和高动态范围等优势，能够满足复杂信号分析的需求。
2. 可靠性：经过严格的质量控制和测试验证，频谱分析仪具有良好的稳定性和可靠性，可长时间稳定工作。
(工作分析)频谱分析仪工作原理和应用
（工作分析）频谱分析仪工作原理和应用频谱分析仪工作原理和应用《频谱分析仪工作原理和应用》原始文档本章除了说明频谱分析仪工作原理、操作使用说明之外，也将其应用领域范围作详细的介绍，尤其应用于天线特性的量测技术将有完整说明。
本章的内容包括：本章要点1-1概论1-2频谱分析仪的工作原理1-3频谱分析仪的应用领域实习一频谱分析仪1-1概论就量测信号的技术观之，时域方面，示波器为一项极为重要且有效的量测仪器，它能直接显示信号波幅、频率、周期、波形与相位之响应变化，目前，一般的示波器至少为双轨迹输出显示装置，同时也具有与绘图仪连接的 IEEE-488、IEEE-1394 或 RS-232 接口功能，能将屏幕上量测显示的信息绘出，作为研究比较的依据，但它仅局限于低频的信号，高频信号则有其实际的困难。
频谱分析仪乃能弥补此项缺失，同时将一含有许多频率的信号用频域方式来呈现，以识别在各个频率的功率装置，以显示信号在频域里的特性。
图 1.1 说明方波在时域与频域的关系，此立体坐标轴分别代表时间、频率与振幅。
由傅立叶级数(Fourier Series)可知方波包含有基本波(Fundamental Wave)及若干谐波(Harmonics)，信号的组合成份由此立体坐标中对应显示出来。
低频时，双轨迹模拟与数字示波器为目前信号时域的主要量测设备，模拟示波器可量测的输入信号频率可达 100 MHz，数字示波器有 100 MHz 与 400（或 500）MHz 等多种。
屏幕上显示信号的意义为横轴代表时间，纵轴代表信号电压的振幅，用示波器量测可得到信号时间的相位及信号与时间的关系，但无法获知信号失真的数据，亦即无法获知信号谐波分量的分布情况，同时量测微波领域(如 UHF 以上的频带)信号时，基于设备电子组件功能的限制、输入端杂散电容等因素，量测的结果无可避免地将产生信号失真及衰减，为解决量测高频信号上述的问题，频谱分析仪为一适当而必备的量测仪器，频谱分析仪的主要功能是量测信号的频率响应，横轴代表频率，纵轴代表信号功率或电压的数值，可用线性或对数刻度显示量测的结果。
现代电子测量-频谱分析仪
频谱分析仪
频谱分析仪的显示样式
频谱分析仪
频谱分析仪的频率分辨率
频率分辨率是频谱分析仪区分两个相邻输入正 弦信号的能力。
影响频谱仪频率分辨率的因素有中频滤波器带 宽、本振的剩余调频和本振的相位噪声，中频滤 波器带宽是起主要作用的因素。
频谱分析仪
频谱分析仪的频率分辨率
如果某个混频信扫频通过IF，则带通滤波器的特性曲线 就会被描绘到显示屏上。
STKspa/RnB2W
在频谱分析仪上所看 到的最小分辨带宽，在 一定程度上是由LO的稳 定性决定的。
频谱分析仪
频谱分析仪的频率分辨率
本振相位噪声 LO的相位噪声调制边带也会在显示器上任何谱分量的两边 出现； 显示的谱分量与相位噪声的幅度之差是LO稳定性的函数， LO越稳定，相位噪声就越低。 该幅度之差还和分辨带宽有关，分辨带宽缩小10倍，则相 位噪声电平减少10dB。
多通道的FFT分析仪可对系统的输人输出信号 或其它多个测量点信号作同相位的数据采集和 分析计算；
频谱分析仪
频谱分析仪的发展
早期的频谱分析仪只是一个具有几个档级滤波器式的频谱 监视器 ；
现代高频频谱仪已变为扫第一本振，扫频宽度大大提高， 称为全景频谱分析仪。
80年代出现了模块化频谱分析仪，有些机型还具有EMC、 CATV、GSM900的测量功能；
频谱分析仪
频谱分析仪的频率分辨率
本振相位噪声
相位噪声是限制频谱 分析仪分辨不等幅信 号的因素之一；
分辨两个频率接近的 不等幅信号的但前提 条件是：相位噪声不 能掩盖小信号。
频谱分析仪
频谱分析仪的频率分辨率
扫描时间 指扫描一次整个频率量程并完成测量所需要的时间，也称 分析时间; 为了保证测量的准确性，扫描时间不可能任意地缩短。也 就是说，由于其他因素的限制，扫描时间必须适当。
现代电子测量-频谱分析仪
滤波器的半功率带宽及有效噪声带宽
频谱分析仪
频谱分析仪的频率分辨率
波形因于定义为滤波器特 性曲线两侧衰减达60dB的带 宽B60与3dB带宽B3之比； 模拟滤波器的波形因子一 般为15:1，数字滤波器的波 形因子可以做到5:1
滤波器的波形因子
频谱分析仪
频谱分析仪的频率分辨率
能反映相差60dB的两个信 号f1与f2之间的最小频率间 隔即为滤波器的选择性带宽； 滤波器的波形因子指标反 映了频谱仪能区分幅度相差 很大的(60dB)两个频率分量 的能力。
频谱分析仪
频谱仪的显示技术
显示方式
频谱分析仪
频谱仪的显示技术
显示方式
利用数字式显示的频谱仪，显示方式主要有瞬时采样方 式和正峰值采样方式两种；
频谱分析仪
频谱仪的显示技术
显示方式—瞬时采样方式
采样的点数越多， 显示效果越好，但点 数是有限制的；
采样方式是显示随 机噪 声 很 好 的 方法 。
当理想的矩形滤波器在矩 形曲线下的面积与实际滤波 器特性曲线下的面积相等时， 矩形的宽度即为实际滤波器 有效噪声带宽；
常用3dB带宽来代替有效 噪声带宽。
频谱分析仪
频谱分析仪的频率分辨率
滤波器的带宽反映了它能 区分两个同样幅值的不同频 率信号的能力； 当两个频率间隔等于滤波 器带宽的等幅信号同时输人 频谱仪时，频谱仪“正好” 能将它们分开，谱图上出现 两个峰，峰谷点之间差3dB
频谱分析仪视频滤波 器用来实现平滑； 平均或平滑的程度和 视频带宽与分辨带宽之 比有关，比值少于0.01 时，平滑的效果非常明 显，比值较大时效果不 明显。
显示平滑技术 —视频滤波
频谱分析仪——精选推荐
3.1 频谱分析仪原理频谱分析仪和示波器一样，都是用于信号观察的基本工具，是无线通信系统测试中使用量最大的仪表之一。
频谱分析仪通常被用于进行频域信号的检测，其频率覆盖范围可达40GHz 甚至更高，频谱分析仪用于几乎所有的无线通信测试中，包括研发、生产、安装和维护。
随着通信系统的发展和对频谱分析仪测量性能要求的提高，目前新型的频谱分析仪在显示平均噪声电平、动态范围、测试速度等方面有了很大提高，除了进行频域测量之外，新型的频谱分析仪也可以进行时域测量，一些型号的频谱分析仪还可以和测试软件配合，完成矢量信号的分析。
早在20世纪40～50年代，电子技术的不断进步让人们意识到对一个电子信号的全面分析需要同时进行幅度—时间的分析（时域）及幅度—频率的分析（频域），因此技术人员发明了“示波器”来解决时域测试的问题，它是一种能精确复现作为时间函数的电压波形的仪表。
对于幅度—频率的分析，HP（惠普）公司在20世纪50年代发明了第一种基于“超外差”原理的扫描频谱仪。
如图3-1所示，示波器是在时域提供一个观察窗，而频谱分析仪则是在频域提供一个观察窗。
3-1无线通信仪表与测试应用频谱分析仪主要有FFT 分析仪和超外差式分析仪，近年来又出现了所谓“实时频谱分析仪”，实际上也是基于快速傅里叶变换，以下分别介绍。
快速傅里叶变换（FFT ）是实施离散傅里叶变换的一种极其迅速而有效的算法。
它的基本原理如下（如图3-2所示）。
根据采样定律，一个频带有限的信号可以对其进行时域采样而不丢失任何信息。
FFT 变换则说明对于时间有限的信号（有限长序列），也可以对其进行频域采样，而不丢失任何信息。
因此只要时间序列足够长，采样足够密，频域采样也就可较好地反映信号的频谱，所以FFT 可用以进行信号的频谱分析。
基于FFT 原理的频谱分析仪为获得良好的线性度和高分辨率，对信号进行数据采集时ADC 的取样率最小等于输入信号最高频率的2倍，亦即频率上限是100MHz 的FFT 频谱分析仪需要ADC 有200MSample/s 的取样率。
来了解一下频谱仪在EMC整改中的应用吧!
来了解一下频谱仪在EMC整改中的应用吧！
1前言
频谱分析仪是电磁干扰（EMI）的测试、诊断和故障检修中用途最广的一种工具。
频谱分析仪对于一个电磁兼容（EMC）工程师来说就像一位数字电路设计工程师手中的逻辑分析仪一样重要。
频谱分析仪的宽频率范围、带宽可选性和宽范围扫描CRT显示使得它在几乎每一个EMC测试应用中都可大显身手。
下图为常见的频谱分析仪：
频谱仪的测试功能介绍
频谱分析仪在EMC整改中可以观测信号的频谱，信号的功率，测试系统的杂散，谐波，交调失真功能。
频谱分析仪的原理和应用
频谱分析仪的原理和应用一、频谱分析仪的原理频谱分析仪是一种用于分析信号频谱的仪器。
它基于傅里叶变换的原理，将时域信号转换为频域信号，从而可以对信号的频谱特性进行分析。
频谱分析仪的主要原理如下：1.傅里叶变换：傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的数学方法。
频谱分析仪通过对信号进行傅里叶变换，可以将信号分解成不同频率的成分，从而得到信号的频谱图。
2.FFT算法：快速傅里叶变换（FFT）是一种高效计算离散傅里叶变换的算法。
频谱分析仪通常使用FFT算法对信号进行频谱分析，以实现实时的频谱显示和分析。
3.功率谱密度：频谱分析仪通过计算信号功率谱密度，可以得到不同频率下的信号功率分布情况。
功率谱密度可以反映信号的频谱特性，包括频率分量的强度、分布和峰值等信息。
4.窗函数：为了减少频谱泄漏和谱分辨率损失，频谱分析仪通常使用窗函数对信号进行加窗处理。
常用的窗函数有矩形窗、汉宁窗、汉明窗等，不同窗函数会对频谱的主瓣宽度和副瓣衰减等产生影响。
二、频谱分析仪的应用频谱分析仪在科学研究、工程领域和日常生活中具有广泛的应用。
下面列举了一些常见的应用场景：1. 无线通信•频率分配：频谱分析仪可以用于无线通信系统中的频率规划和频段分配。
通过分析不同频段的使用情况，可以避免频谱的重叠和冲突，提高通信系统的传输效率和可靠性。
•信道测量：频谱分析仪可以对无线信道进行测量和分析，了解信道的传输特性和衰减情况。
这对于优化信号传输、调整天线方向和减少干扰都是非常重要的。
2. 电子设备测试•信号分析：频谱分析仪可以用于对电子设备的输入和输出信号进行分析。
通过分析信号的频谱特性，可以检测设备是否存在频率误差、频率扭曲和幅度失真等问题。
•干扰检测：频谱分析仪可以用于检测和定位电子设备之间的干扰问题。
通过分析干扰源的频谱特征，可以确定干扰源的位置和频率，从而采取相应的措施进行干扰抑制和消除。
3. 音频处理•音频分析：频谱分析仪可以对音频信号进行频谱分析，了解音频信号的频率分布和能量分布情况。
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USB 本地PC连接
状态指示灯 LEDs
超外差接收射频模块
内部结构…
电源 AC / DC
主板控制器 FFT
超外差接收（三级混频）
from ADC
LO
主板数字处理 FFT
I Q up to 32 MHz BW
X²
X²
Video Filter
ACT
MIN AVG MAX
Demod.
future option
时域测量时间分辨率最小为32ns
应用 汽车启动脉冲测量； 军标电子对抗；
$$$ NRA节约成本€€€
NRA运行中:
功耗只有20 瓦
• 对于现场监测应用非常重要 • 无风扇设计，意味着无任何噪音
应用
大型设备开阔场测试； 固定点连续测试；
$$$ NRA节约成本€€€
NRA运行中:
NRA具备智能监测功能，可快速传输测量结果
网络接口（LAN）
Ø 10/100Mbit/s LAN接口 Ø TCP/IP协议 Ø ASCII命令远程通信 Ø 通过Java Applets 可使用Web 远程访问
Demos
NRA – 应用
FM Radio
Sat Com
DVB-T
GSM
Radar UMTS
ISM
FM 广播 – 频谱分析
FM 广播 – 多信道功率模式 - 列表显示
e.g. C&M SW
Web Browser
Command Layer with
ASCII based command set
USB 2.0 Ethernet TCP/IP
e.g. Demo Java Applet
USB Client
TCP Server Web Server
L 编程工作复杂 L 数据传输要求高
J 编程简单 J 最终结果快速获取
NRA-远控频谱分析仪
NRA – 应用领域 卫星通信 • D-SNGs, 信息港, 地面站, V-SAT任务站点，系统集成
广播电视 • TV / 广播 / 数字信息服务站、工作室、网络运营商系统集成
无线通讯 • 蜂窝电话(BTS, NodeB, etc.)， 麦克风和摄像机监控，航空管制 （ATC），中继站
NRA是什么？
NRA系列频谱分析仪具备 以下特性：
IQ数据记录功能，最多可获取600,000个IQ采样点 IQ数据流输出功能，可进行后处理和信息还原，如声音、视频、遥测指 令等； 利用IQ数据可进行数字调制方式识别，通过星座图可判断PSK或QAM调 制信号的信号质量（QoS）
IQ Data of GSM DL Channel
• 例如，在整改定位中：大量的问题频点，可以同时并行测量。
传统方式:
将所有全频带各个频点一个一个传到 PC，然后在PC上进行测量。这样每个 频点只在测量的时间点才能取得数据。
NRA处理方式:
在NRA中仅将信道信息存储一次；
利用一个命令即可读取高达500个频点 的数据。这样在一段时间内，关注的每 个频点的数据都可以完整得到。
FFT (Spectrum
& MCP)
Scope
Level (RMS &
Peak)
设计紧凑– 现代理念
功耗< 25 VA 无风扇à 无噪音LAN / WAN EthenetN 型接口 射频输入
NRA – 远控接口
USB 接口
Ø USB 2.0 客户端接口 Ø Mini type B 连接口 Ø 使用ASCII命令的虚拟串口 Ø 用于固件升级&本地PC控制
其他多种应用 • ATE, 例如电子产品制造的质量监管 • 科学领域，例如射电天文学 • 教育领域，例如大学实验室 • 雷达领域，例如气象雷达系统或ATC
以及电磁兼容测试
功能特性
NRA系列产品
NRA-3000
民用产品EMC测量
军用产品测量及无线电分析 NRA-6000
主要参数 Vs 型号
参数
频率范围 RBW 电平 uncertainty 电平 max 回程损耗**
NRA-3000 民用电磁兼容标准
9 kHz – 3 GHz 10 Hz – 20 MHz
< +/- 1.2 dB + 27 dBm > 12 dB
NRA-6000 通信产品电磁分析
（研发、军用）
9 kHz – 6 GHz
10 Hz – 20 MHz
< +/- 1.2 dB
+ 27 dBm
> 12 dB
主要操作模式
多信道测量
频谱分析
电平表
示波器测量
各个频点快速概览: 图形(柱状图) 或信道列表
信号详细信息: 图形或列表显示
+
峰值列表
+
宽频段值
(可编程的频段积分)
信号随时间的快速测量分析 信号随时间的实时测量
(零展宽)
+
脉冲占空比
+
事件触发 (零展宽)
设计紧凑- 功能强大
标准EIA可上架机箱 : 19’’ / 1 HU 重量 < 5 kg
新技术-新解决方案
新技术的不断进步和工作方式的转变需要一种新的频谱分析工 具…
WLAN / WiMAX / LTE 对服务质量（QoS）要求越来越高 射频信号应用越来越复杂和集中，相应地需要提高带宽的利用效率， 从而也需要可靠、高品质的频谱分析工具 复杂的监控系统以及自动报警和排故系统必须要7x24全天候运行，这 就需要高性能的分析仪配合使用
› Narda 集团Group › 10个分部 › 80年的经营历史 › 2,800 名员工 › 核心竞争力 › 微波组件 › 天线 › 卫星通信
› Narda 安全测试方案有限公司 › 4 个分部 › 90 名员工 › 产品领域 › 频谱分析仪 › EMC接收机 › 宽带射频测量仪 › 远程监测站
高品质产品
客户培训
具备认证资质 的校准实验室
公司业务介绍
无线&电信
Narda 公司客户领域
卫星通信
广播+电视
国防
频谱监测
新技术-新解决方案
新技术的不断进步和工作方式的转变需要一种新的频谱分析工 具…
频域快速变化的捕捉 频谱的监测与管理 特定频点在时域上的分析 HDTV, DVB-S2 和 D-SNGs 网络互连 模拟电视的终结 – 进入数字时代 无线摄像机和无线话筒在舞台、 D-SNGs和工作室大量使用
NRA 是什么？
NRA是什么？
Narda NRA系列产品
快速测量：扫描速度12GHz/s 高精度 使用简便 1U，19英寸机架式安装
Remote Control Spectrum Analyzers
$$$ NRA节约成本€€€
NRA运行中:
扫描速度快，可以快速检测到瞬时脉冲
• 例如 6 GHz带宽扫描时间仅需不到500 ms • FFT快速运算
快速集成
可与任何控制软件简单快速地集成使用 :
提供了详细的远程控制使用手册，任何系统集成软件可集成添 加；
• 完整的指令集，包含调用案例
快速集成
可与任何控制软件简单快速地集成使用 :
改进了的SCPI命令以便于编程
• 例如每个发送命令的响应
快速集成
可与任何控制软件简单快速地集成使用 :
提供多个功能演示软件
** 参考电平≥ -28 dBm
NRA是什么？
NRA系列频谱分析仪具备 以下特性：
频率范围9 kHz - 6 GHz 同级产品中具有竞争力的精度、动态范围和灵敏度 通过ASCII命令集、数据集或web浏览器可快速集成到测试系统中或进行 远程控制 基于FFT技术，RBWs可满足小信号或大信号不同的滤波要求 时域测量时间分辨率最小为32ns 扫描速度超快，达12GHz/s 低功耗，设计紧凑-静音设计（无风扇）
GSM – 频谱
GSM – 多信道功率模式
Channel 31: Traffic
Channel 40: BCCH
GSM – 时域示波器/时隙分析
Trigger
GSM DL Channel 时域测量
雷达 – 脉冲频谱 (脉冲宽度PW=1µs)
雷达 – 示波器分析 (T=100µs)
Trigger
产品介绍
德国Narda公司是场强测试&测量仪器和 射频器件的领先供应商 Narda安全测试方案有限公司隶属于美国 L-3集团
IDA干扰定向分析仪
频率范围：9kHz - 6GHz 高灵敏度、手持式射频信号干扰定向分析仪
公司业务介绍
Narda 是场强测试和测量仪器的全球领先供应商
75 年经营历史
ISO 9001:2008
具有时域测量功能的频谱分析仪 在EMC测试中的应用
冯军 技术工程师
公司组织介绍
… Narda Satellite
Narda East
Narda West
USA
Germany
Italy （PMM）
China
› L-3 通讯公司 › 成立于1997年 › 全球拥有75个业务部门 › 2012年销售额达130亿美元 › 拥有超过50,000名员工
FM 广播 – 多信道功率模式 - 柱状图显示
卫星通信 – 电平表 - 单通道
卫星通信– L-Band 频谱
卫星通信– 频谱 & 功率
Total Channel Power
卫星通信 – 多信道功率模式 - 6 个信道
单个信道功率
总功率
DVB-T 和模拟电视 – 频谱分析
高分辨率频谱显示
• 带有源代码，并具有命令日志功能，可查看更改设备参数过程中 的命令调用情况