信号源与频谱仪基础

BPSK、2PSK
Q = 180° 0 1 0 = 0° I
TBit
t
- fBit fC fBit + fBit
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QPSK
"10"
Q
"00"
1
0
0
1
1
1
0
0
I 1 0 1 0
I (t) "11" "01"
0
1
1
0
Q (t)
10 01 11 00
- 1 fBit 2
fC 1f 2 Bit
最小扫描时间
Span k 2 RBW
TSweep
• • • •
TSweep 最小扫描时间 Span 频率扫描跨度 RBW 分辨带宽 (3 dB 带宽) K k 因子, 2.5 模拟滤波器
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扫描时间对频率和电平测量误差 的影响
测试结果未校准!
蓝色踪迹： 电平和频率产生误差
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衰减器
RF
IF
Lo
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衰减器对本底噪声的影响
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混频器
RF fin
Input
IF Lo
Flo - Fin
Flo + Fin
fin
flo
flo
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测量过程
输入信号
SPAN
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扫描时间 vs RBW
输入信号
RBW小
SPAN
RBW大
SPAN
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RBWNoise )dB RFATT 2.5dB Hz
平均显示噪声电平 指标平均噪声电平 (R&S 数据表: RBW=10 Hz, RFATT = 0 dB) RBW滤波器的等效噪声带宽 RF 衰减器 修正因子 (对数定标的平均)
不同的滤波器6 dB带宽和等效噪声带宽与 3 dB带宽的关系
滤波器类型 6 dB 带宽 等效噪声带宽 4-极点滤波器 5-极点滤波器 （模拟） （模拟） 1.480 * B3dB 1.464 * B3dB 1.129 * B3dB 1.114 * B3dB
+ 1 fBit 2
f
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正交频分复用OFDM
待发送的码流
1 0
0 1
1 1
1 1
1 0
1 0
1 0
频率
子载波 子载波 子载波 子载波
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OFDM的频谱
子载波正交
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矢量调制：IQ调制解调器
• • • • • • IQ信号对上下边带同时产生影响 射频带宽是基带信号带宽的两倍 因为直流输入会导致载波泄漏,所 以不允许直流偏置存在 IQ两路信号等幅 IQ两路信号无相位,偏移和时间延 迟 IQ解调器过程可逆
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I/Q星座图
Quadrature Phase/正交 矢量信号 Inphase/同相 Q 矢量信号 I
Q 矢量信号 I
幅度变化
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频率/相位变化
正交幅度调制QAM
16QAM
Q 0° RF-In I
0/180° 0/180°
A A
RAM RAM
DD
FFT FFT
滤波
存储
显示
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调谐式扫描分析仪
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超外差式扫描调谐分析仪
RF IF
Input
ห้องสมุดไป่ตู้
Lo
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频谱分析仪的工作原理
低通 滤波器 a (t) H f 衰减器 混频器 IF 中频 放大器 中频滤波器 RBW 对数 放大器
RF
检波器 f LO 视频滤波器 VBW 压控 振荡器 锯齿波 发生器 显示 参考振荡器 延迟
Baseband In-phase component 基带同相分量 •CQ(t)= a(t) ·sinφ(t) Baseband Quadrature component 基带正交分量 •cos2·π·f·t or sin2·π·f·t 高频振荡 •三角公式: cos(x+y)=cosx ·cosy - sinx ·siny -sin2·π·f·t=cos(2·π·f·t + π/2)
相位噪声
• 在偏离载波固定位置处fn，单位带宽1Hz内的噪声功率Pn与信号总功 率Ps的比值。 • 反映单载波信号的频谱纯度的重要指标。 • 单位为dBc/Hz@ fn offset,如-135dBc/Hz@10kHz，c指Carrier
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输出部分
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调制与解调
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检波器
本地振荡器 x
y
显示 锯齿波发生器
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检波器
“对数检波器” 最大 峰值 线性/对数查找表： 有效值、平均值检波器 线性 最小 峰值 采样 对数 微 处理器 显示
视 频 信 号
有效值
检波器的选择
水平轴 500个 像素点
平均值
平均值检波器
有效值检波器
UAV
“线性检波器”
1 N ui N i1
常见的基带滤波器
H(f) 1 S1(t)
h(t)
H(f)
S2(t) = S1(t)卷积 h(t)
BN H(f) 1 0.5
f
Ideal Lowpass BN = ½ fBit
TBit TBit
t
. . . ½ fBit
f
cos2 Roll off r = 0.5
H(f) 1 0.7 0.5
TBit TBit
Linear Attenuator
I-Channel

90°
RF-Out
Q-Channel
Linear Attenuator

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I/Q 调制器
cos2·π·f·t s(t)
- sin2·π·f·t
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任意波形发生器ARB
• 波形输出存储器 • D/A变换 • 低通滤波器
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基带信号
0
1
0
1
0
0
1
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FSK频移键控
UMOD (t) = ÛC (t) cos [C t + C(t) ] FSK
基带信号
0
1
0
1
0
0
1
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PSK相移键控
UMOD (t) = ÛC (t)cos [C t + C(t) ]
M
0 1 0 1 0 0 1
基带信号
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理想高斯滤波器 (数字) 1.415 * B3dB 1.065 * B3dB
显示的本底噪声电平依赖于RF衰 减器
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显示的本底噪声电平依赖于与 RBW带宽
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1dB 压缩点
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三阶截止点IP3
• 三阶互调的大小通常用三阶交截点（IP3）来表示，它是 三阶互调功率达到和基波功率相等时所对应的点。
FrequencyS ynthesisP art
S ignal O utput P art
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PLL:锁相环
fref 1 f0
N1
PD
LPF
VCO
1
N2
稳定时鉴相器两个输入端频率相同 f0/N2=fref/N1 f0=fref*N2/N1
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PLL:锁相环实例
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U RMS
1 N 2 ui N i 1
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检波器选择与数据处理
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本地振荡器
包络检波器 混频器 中频滤波器 视频滤波器
输入
中频放大器
对数放大器
检波器 本地振荡器 x 显示 锯齿波发生器
y
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频谱分析仪的性能 —————————— — • 相位噪声（频谱纯度）
• • • • • • 接收机的固有噪声 系统非线性 1dB压缩点 动态范围 频率测量精度 幅度测量精度
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本振信号相位噪声
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频谱分析仪的固有噪声
LDANL DANL10 Hz 10dB (10 lg
LDANL DANL10Hz RBWNoise RFAtt -2.5 dB
频谱仪和信号源基础与测量
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信号源图片
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信号源的原理和结构
• 信号源的结构框图
Scalar(M ) Scalar(N ) R efer. C O PD L oopFilter V C O A L CD river O utput A ttenuator
Gaussian B TBit = 0.3 B 3dB bandwidth
t
. . 0.3 ½ fBit
. . . . . .
f
TBit =
1 fBit
TBit TBit
t
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频谱分析仪原理
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信号分析及频谱分析概述
信 号
时域 示波器
信号的波形信息 幅度 周期 频率
频域 频谱分析仪
调制与解调主要内容 —————————— — • 模拟调制AM、FM、PhM、PM
• • • • • • • ASK FSK/MSK/GMSK I/Q图、I/Q调制 PSK:BPSK/QPSK/8PSK QAM OFDM 基带滤波器
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信号的表示
数学表达式： UMOD(t) = ÛC(t) cos [ wC t + C (t) ] AM ASK FM FSK M PSK ÛC wC
Pout OIP3 (dBm)
●
三阶交截点 基本响应曲线 三阶响应曲线
1
3 1
G
1
IIP3
Pin (dBm)
基本响应与三阶响应的输入输出功率关系
IF
I
12 bit A D 32 MHz
LO 90° I mixer IF LO
filter coefficients Lowpass filter
I 2 + Q2
IF envelope voltage
Q
filter coefficients NCO
•
特点: 真正的高斯形状 波形因子4.6 最小扫描时间 k = 1 通过补偿可以达 到
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I/Q 是什么？-- I/Q调制过程
•已调载波 s(t): •s(t)=a(t)·cos[2·π·f·t+φ(t)] = a(t) ·cosφ(t) ·cos2·π·f·t - a(t) ·sinφ(t) ·sin2·π·f·t •其中： •CI(t)= a(t) ·cosφ(t) In-phase component of s(t) 已调载波s(t)的同相分量 Quadrature component of s(t) 已调载波s(t)的正交分量
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调幅AM
UMod(t) = UC(t) . cos(C(t).t + C(t))
AM 时域 频域
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调频FM与调相PhM
UMod(t) = UC(t) . cos(C(t).t + C(t))
FM 时域 M 频域
t
f
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ASK幅移键控
UMOD (t) = ÛC (t) cos [C t + C(t) ] ASK
分辨相邻的信号
红色踪迹： RBW=30 kHz
红色踪迹： RBW=30 kHz
蓝色踪迹： RBW= 3 kHz
蓝色踪迹： RBW= 3 kHz
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中频信号的包络检波
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视频滤波器(vbw)
包络检波器 混频器 中频滤波器 视频滤波器
输入
中频放大器
对数放大器
视频滤波器 (平滑)
信号的频率分布信息 频率、功率 谐、杂波 噪声、干扰 失真
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调制域 矢量分析仪
信号的矢量信息 幅度误差 矢量误差 相位误差
理想单载波信号在时域和频域的 测量结果
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频域测量对信号分析的作用
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周期信号的频谱
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时域测试与频域测试
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傅立叶分析仪（FFT分析仪）
任意波形发生器
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任意波形发生器
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任意波形发生器
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ENF860xA射频信号发生器的结构框图
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射频矢量信号发生器
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软件界面
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EVM:矢量幅度误差
Q
幅度误 差 误差矢 量 实际测试信 号 理想基准信 号 相位误 差
I
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优点: 小波形因子 => 更高的灵敏度 快速扫描 更高的带宽精度 测量可以得到更高的电平精度 • 用于噪声或类噪声信号 没有温度或老化漂移 •
中频滤波器: FFT 滤波器
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中频滤波器（RBW）特性
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不同分辨带宽的滤波器对测试结 果的影响
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C
ÛC
U
fC
t
f
时域
频域
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相位域
调制基本概念
–模拟调制 (AM, FM, PhM, Pulse) –数字调制 (ASK,FSK,PSK,QAM,OFDM)
V= A(t) cos[2f(t) + (t)]
AM, Pulse ASK
FM FSK
PhM PSK
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模拟通信系统 vs 数字通信系统
中频滤波器(RBW)
模拟滤波器 包络检波器 视频滤波器
混频器 数字滤波器
对数放大器 放大器
检波器 输入 中频放大器 本地振荡器 x FFT 滤波器 y
锯齿波发生器
显示
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中频滤波器:数字滤波器
Lowpass filter
Q mixer
Anti aliasing bandpass IF 20.4 MHz