频谱分析仪技术基础PPT课件
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频谱分析仪的工作原理和使用方法ppt课件
3.2 选择性
3 dB
3 dB BW
60 dB 60 dB BW 60 dB BW 3 dB BW
节到混频器的最佳信号电平，已防止发生混频压缩和失真。 信号经过预选器和低通滤波器进入混频器。 信号经过混频后，在其输出端有原来的信号、本振信号，两个输入信号 的和频信号/差频信号，以及其他高次谐波信号。通常我们取其差频信号， 称之为中频信号。 中频滤波器滤出中频信号并进行放大。 中频信号经检波和视频滤波后加到显示器上进行显示，视频滤波器的作 用是对显示屏上所显示的扫迹进行平均或平滑。 频谱仪所显示的谱线是被测信号叠加上频谱仪内部的噪声的总效应。为 了减小噪声对信号幅度的影响，要对经检波后的信号进行视频滤波或视 频平均。 当所选择的视频带宽等于或小于所选择的分辨力带宽(RBW)时，视频电 路的响应已经跟不上中频电路信号的变化，因此对所显示的信号就进行 了平均和平滑，两者之间的比值越小，平滑的效果越好。 视频平均是智能频谱仪为平滑提供的另一种选择。它对多次扫描的数据 逐点进行平均，因此显示的谱线更加平滑。
镜像频率干扰
频谱仪是一台超外差式接收机，它
的混频器是宽带的，因此在用频谱 仪测量信号时除了出现所需的信号 频率谱线外，还会显示出不需要的 镜像频谱。如图所示只要满足;，条 件时，和都会出现在频谱仪的显示 屏幕上，这就是镜像频率干扰。 有两种方案可以抑制镜像频率响应 的干扰：采用预选器和上变频的高 中频。
3.1 分辨力带宽 (RBW)
混频器 3 dB BW
输入频谱
3 dB
检波器
LO
本振
中频滤波器/分辨率带宽滤波器 扫频
分辨率 带宽 显示
3.1 分辨力带宽 (RBW)
10 kHz RBW 3 dB
现代电子测量频谱分析仪PPT课件
5
频谱分析仪
频谱分析仪的用途
信号的频谱分析； 信号的基本参数测量； 频率稳定度的测试； 配接天线后用作场强仪，用于EMC测量； 网络测量；
6
频谱分析仪
频谱分析仪的用途
低频频谱分析仪广泛应用于声频、振动与冲击、 机械工程、建筑、医学等领域；
以FFT为核心的频谱仪能提供包括相位谱在内 的各种频谱，可用于信号的时域、领域、幅值 域的各种分析；
22
频谱分析仪
频谱分析仪的频率分辨率
滤波器的半功率带宽及有效噪声带宽
半功率带宽即为3dB带宽； 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。
23
频谱分析仪
频谱分析仪的频率分辨率
滤波器的半功率带宽及有效噪声带宽
12
频谱分析仪
频谱分析仪的工作原理
目前微波或 高频频谱分析仪 普遍采用的是扫 频超外差的测试 原理, 简化原理 框图如右图所示
13
频谱分析仪
频谱分析仪的工作原理
频谱分析的 过程如右图所示
14
频谱分析仪
频谱分析仪的工作原理
包络检波器：频谱仪显示的是经包络检波器后的视频信号，检 波器应跟随 IF信号的包络而变化，而不是随 IF正弦波本身的 瞬时值而变。
54
频谱分析仪
频谱仪使用中的问题
第一级混频器过载造成的失真 当输入信号的幅度超过了混频电路的最大线性范围时， 其输出的幅度就会比正常值低，并且由于交调或谐波失真 而产生出许多不需要的信号； 对于一般的频谱分析仪，加到第一级混频器上的最佳信 号幅度约为+17dBmV；
55
频谱分析仪
频谱分析仪
频谱分析仪的用途
信号的频谱分析； 信号的基本参数测量； 频率稳定度的测试； 配接天线后用作场强仪，用于EMC测量； 网络测量；
6
频谱分析仪
频谱分析仪的用途
低频频谱分析仪广泛应用于声频、振动与冲击、 机械工程、建筑、医学等领域；
以FFT为核心的频谱仪能提供包括相位谱在内 的各种频谱，可用于信号的时域、领域、幅值 域的各种分析；
22
频谱分析仪
频谱分析仪的频率分辨率
滤波器的半功率带宽及有效噪声带宽
半功率带宽即为3dB带宽； 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。
23
频谱分析仪
频谱分析仪的频率分辨率
滤波器的半功率带宽及有效噪声带宽
12
频谱分析仪
频谱分析仪的工作原理
目前微波或 高频频谱分析仪 普遍采用的是扫 频超外差的测试 原理, 简化原理 框图如右图所示
13
频谱分析仪
频谱分析仪的工作原理
频谱分析的 过程如右图所示
14
频谱分析仪
频谱分析仪的工作原理
包络检波器：频谱仪显示的是经包络检波器后的视频信号，检 波器应跟随 IF信号的包络而变化，而不是随 IF正弦波本身的 瞬时值而变。
54
频谱分析仪
频谱仪使用中的问题
第一级混频器过载造成的失真 当输入信号的幅度超过了混频电路的最大线性范围时， 其输出的幅度就会比正常值低，并且由于交调或谐波失真 而产生出许多不需要的信号； 对于一般的频谱分析仪，加到第一级混频器上的最佳信 号幅度约为+17dBmV；
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频谱分析仪
频谱分析仪PPT课件
产品型号 生产厂家 频率范围 频率读出
分辨率带宽
噪声边带 显示范围 频率响应 噪声电平 卡读写器 功能扩充
AV4031 电子第41所 50kHz~22GHz ±5MHz
1kHz~3MHz
-95dBc/Hz 80dB ±2dB -107dBm
无 无
AV4032 电子第41所 9kHz~26.5GHz ±510Hz 1GHz处
频谱分析仪讲义提纲
1、频谱仪基础 2、频谱仪基本概念 3、频谱仪原理实现 4、频谱仪基本指标 5、频谱仪基本测量 6、频谱仪误差分析 7、频谱仪基本操作 8、频谱仪基本使用
频谱分析仪基础
频谱仪发展史
粗略扫中频的频谱监视器 扫本振的全景接收机 智能频谱分析仪 多功能频谱分析仪 高性能频谱分析仪
频谱仪主要用途
视频检波
中频信号频谱噪仪声经电平包络(1检kH波z) 器后有四中视频检波方式
动态范围 dBc
3R0EDF
P4EA0K
-40dBm
2D
L5OG0
10
ROSENFEL功L 率dB6/0 检波 (dB) 70
ATTEN 10 dB
3D
3D
功率 (dB)
2D 二阶2失D 真 正3峰D值检波
三阶失真
8f0 2f 3f
基础：对被测信号自身应有一定的了解。 一般：对被测信号应知道所在的频段范围内。 高级：对被测信号一无所知。
大范围内搜索
频谱分析仪基本测量
调制信号测量
调幅信号
调频信号
脉冲信号
扫频测量 时域测量 FFT变换
频域测量 Bessel函数法
Haberly法
窄带测量 宽带测量
频谱分析仪基本测量
频谱分析仪基础知识讲课文档
每一点对应起来。射频信号是本振信号减去中频信号21.4MHz。当我们操作频谱仪 进行分析时，实际是在改变本振信号的频率。
第十一页，共49页。
❖下面将对频谱分析仪每个独立部件的 工作原理和相互之间的作用做详细说 明
第十二页，共49页。
低通滤波器
❖ 低通滤波器的主要作用是抑制镜像频率。下图是低中频频谱分析仪输
混频，而谐波混频是通过本振信号的谐波来混频
❖ 谐波混频会造成相对高的转换损耗
❖ 混频器对输入RF小信号而言是线性网络，当输入信号幅度逐渐 增大时，就存在着非线性失真问题，所以输入信号的幅值应低 于频谱分析仪的1dB压缩点
第十七页，共49页。
中频放大器
❖ 输入信号经过了前置衰减器，电平降低，为了恢复信号幅值， 补偿输入衰减器的变化，在混频后对中频信号进行放大
❖ 了解频谱分析仪结构原理，了解频谱
分析仪性能指标；
❖ 熟练应用频谱分析仪。
第三页，共49页。
1 频谱分析仪应用
❖ 从事通信工程的技术人员，在很多时候需要对信号进行分析， 针对不同观察域，分别用示波器、频谱分析仪和矢量分析仪观 察信号；
❖ 示波器只能观察信号的幅度、周期和频率；但频谱分析仪还 可以分析信号的频率分布信息、频率、功率、谐波、杂波、 噪声、干扰和失真，而矢量分析仪可以在频谱分析仪基础上 分析数字调制信号调制质量。
是频率。幅度已经得出，而频率和幅度要对应起来，在某一频率是什么幅 度。 如何与幅度对应起来。其实很简单。它是通过本振与扫描电压对应 起来的。本振是一个压流振荡器。本振信号是个扫描信号。扫描控制是由 扫描控制器来完成的。它同时控制显示器的横坐标。从左到右当扫描电压 在OV时，在显示器上是0点，对本振信号来说是F1点，即起始频率点。当扫描电 压到10V时，在显示器上是终止频率点，本振电压就是在终止频率点，中 间是线性的。通过这样的方法，使得显示器坐标的每一点与本振F1、F2的
第十一页，共49页。
❖下面将对频谱分析仪每个独立部件的 工作原理和相互之间的作用做详细说 明
第十二页，共49页。
低通滤波器
❖ 低通滤波器的主要作用是抑制镜像频率。下图是低中频频谱分析仪输
混频，而谐波混频是通过本振信号的谐波来混频
❖ 谐波混频会造成相对高的转换损耗
❖ 混频器对输入RF小信号而言是线性网络，当输入信号幅度逐渐 增大时，就存在着非线性失真问题，所以输入信号的幅值应低 于频谱分析仪的1dB压缩点
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中频放大器
❖ 输入信号经过了前置衰减器，电平降低，为了恢复信号幅值， 补偿输入衰减器的变化，在混频后对中频信号进行放大
❖ 了解频谱分析仪结构原理，了解频谱
分析仪性能指标；
❖ 熟练应用频谱分析仪。
第三页，共49页。
1 频谱分析仪应用
❖ 从事通信工程的技术人员，在很多时候需要对信号进行分析， 针对不同观察域，分别用示波器、频谱分析仪和矢量分析仪观 察信号；
❖ 示波器只能观察信号的幅度、周期和频率；但频谱分析仪还 可以分析信号的频率分布信息、频率、功率、谐波、杂波、 噪声、干扰和失真，而矢量分析仪可以在频谱分析仪基础上 分析数字调制信号调制质量。
是频率。幅度已经得出，而频率和幅度要对应起来，在某一频率是什么幅 度。 如何与幅度对应起来。其实很简单。它是通过本振与扫描电压对应 起来的。本振是一个压流振荡器。本振信号是个扫描信号。扫描控制是由 扫描控制器来完成的。它同时控制显示器的横坐标。从左到右当扫描电压 在OV时，在显示器上是0点，对本振信号来说是F1点，即起始频率点。当扫描电 压到10V时，在显示器上是终止频率点，本振电压就是在终止频率点，中 间是线性的。通过这样的方法，使得显示器坐标的每一点与本振F1、F2的
[课件]频谱分析仪基础PPT
![[课件]频谱分析仪基础PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/4f418e015901020207409ca3.png)
影响频谱仪灵敏度的主要因素
VBW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。
2018/12/4
频谱分析仪的性能指标
内部失真
2018/12/4
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
2018/12/4
3. VBW设置为最小。
4.前置放大器的噪声系数最小。（增益大 于噪声系数）
2018/12/4
改变衰减器
来判断频谱仪测试结果的真实性。
2018/12/4
提高频谱仪幅度测量精度的方法
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 频响误差修正
2018/12/4
提高频谱仪频率测量精度的方法
本振相位噪声在频域上表现为信号频谱的噪声边带
2018/12/4
频谱仪测试的灵敏度
2018/12/4
影响频谱仪灵敏度的主要因素
衰减器设置
衰减器设置值 越大，噪声电 平越高。
2018/12/4
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
2018/12/4
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。
2018/12/4
2018/12/4
2018/12/4
2018/12/4
2018/12/4
附录
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
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
《频谱分析仪讲》课件
航空航天
在航空航天领域， 频谱分析仪被广泛 应用于飞行器通信 和雷达系统的频谱 分析和故障诊断。
电磁兼容性 测试
频谱分析仪可以用 于评估电磁兼容性， 检测和分析电子设 备之间的干扰情况。
音频分析
音频分析包括音频 信号的频谱分布、 谐波失真、杂散和 噪声等特性的分析。
五、频谱分析仪的市场现状与趋势
1 全球频谱分析仪市
分析范围不足
分析范围可以通过选用具有更大频率范围的 频谱分析仪来解决。
信号干扰
信号干扰可能会影响频谱分析结果，可以通 过优化测量环境、屏蔽干扰源等方式来解决。
校准问题
频谱分析仪的校准非常重要，可以定期进行 校准或选择具备自动校准功能的仪器。
七、总结与展望
频谱分析仪的发展 历程
频谱分析仪经过多年的发展， 已经成为电子测量领域中不 可或缺的重要工具。
未来发展方向
未来频谱分析仪将继续向更 高频率、更高精度、更智能 化的方向发展。
重点关注领域
未来频谱分析仪在5G通信、 物联网、射频芯片等领域将 发挥重要作用。
Res BW、VID BW、 RBW
Res BW指的是分辨带宽， VID BW指的是视频带宽， RBW指的是实时带宽。
信噪比、动态范围、 相位噪声
这些参数描述了频谱分析 仪的性能，包括信号与噪 声的比例、动态范围以及 相位噪声水平。
四、频谱分析仪的典型应用
无线电通信
频谱分析仪用于无 线电通信系统的频 谱监测、无线电干 扰分析等应用。
《频谱分析仪讲》PPT课 件
#ห้องสมุดไป่ตู้频谱分析仪讲
一、频谱分析仪的基本概念
频谱分析仪的定义
频谱分析仪是一种测量电信号频谱分布的仪器，用于分析信号的幅度和频率特性。
频谱分析仪的工作原理和使用方法71页PPT
频谱分析仪的工作原理和使用方法
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生
Agilent频谱仪介绍PPT课件
[ Max Mixer Lvl: -10dBm 频谱仪混频器工作电平，Ref Lvl- AttenuationMixer Lvl
2021/3/9
11
频谱分析仪操作菜单
-------------基本参数设置
BW/
Avg
[ Res BW] Auto/Man
频谱仪分辨带宽, 1Hz~8MHz/步进变化。
激活Marker用于两个信号幅度/频率差值参数测试
[ Delta Pair] Ref/ 移动Delta Marker位置的方式（改变Ref 或Marker)
[ Span Pair] Span/center 设置Delta Marker测量的频率差值或中心值
[ Off ]
将Marker测量关闭
[ Select Marker] 1,2,3,4 选择激活测量的Marker
[ Function off]
关闭Marker测量功能
[ Marker Count]
频率计数器功率,提高信号频率测量分辨率和精度
2021/3/9
17
频谱分析仪操作菜单
-------------基本测量功能
Marker
[ Mkr CF] [ MKr CF step] [ MKr Start] [ MKr stop] [ MKr Ref Lvl ]
噪声,杂散
2021/3/9
3
完整的信号分析内容
带内测试项目
带外测试项目
频道内
{（In-channel） 频道外 （out of channel）
信号频率 信号功率/时间，平均/峰值功率 调制精度
邻道功率比(ACPR)
谐波 远端杂波
2021/3/9
4
频谱分析仪的工作原理和使用方法研讨(ppt 70页)
2 频谱分析仪的工作原理
频
谱
分 析
2.1 频谱分析仪的类型
仪
的 工
2.1.1.
实时频谱分析仪
作
原 理
2.1.2.
扫频频谱分析仪
和
使 用
2.2 超外差扫频频谱分析仪的工作原理
方 法
2.3 基波及谐波混频
2 频谱分析仪的工作原理
频
谱
分 析
我们知道，当一个信号随时间做周期或准周期
问题 6 频谱分析仪使用实例－
E4405B 6.1 E4405B的前后面板开关，旋
钮，接头的功能 6.2 测量实例－测量AM信号波形 6.3 测量实例－看懂校准证书
1 概述
频
谱
分 析
1.1 时域分析
仪
的 工
1.2 频域分析
作
原 理
1.3 频谱仪的发展
和
使
用
方
法
1 概述
法
的方法很容易测量一个信号频率，功率，谐波
分量，调制假信号和噪声等。
1.2频谱仪的发展
频
谱
分 析
30年代末期，第一代扫频式频谱仪诞生。
仪 的
60年代末期，可以为频谱仪提供频率和幅度的校准，
工 作
前端预选的频谱仪问世，它标志着频谱仪从此进入了
原 理
定量测试的时代。
和 使
70年代末，随着集成电路技术，快速A/D变换技术，
频谱分析仪的工作原理和使用方法
频
谱
分 析
1.
仪
的 工
2
作
原 理
3
和
使 用
4
方
频谱分析仪使用说明分解PPT28页
频谱分析仪使用说明分解
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会xie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
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凝
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天
高
风
景
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。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
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、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
1
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倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会xie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
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RF
❖ 如果使用可调谐带通滤波器以抑制镜像频率，则由于较宽的 调谐范围使滤波器极为复杂，所以采用高的第一中频使问题 简化
❖ 这种配置下，镜像频率位于输入频率范围之上，由于两个频 率范围不会重叠，故可利用低通滤波器抑制镜像频率，三者 范围关系如下图
IF
LO
RF
IM
衰减器
❖ 衰减器主要有三个作用
❖ 保护频谱仪不受损坏：测量高电平信号时，为了不烧坏频谱 分析仪，必须对信号进行衰减；
❖ 下面将对频谱分析仪每个独立部件的工作原理和相互之间的 作用做详细说明
低通滤波器
❖ 低通滤波器的主要作用是抑制镜像频率。下图是低中频频谱 分析仪输入频率与镜像频率范围的关系，如果输入频率范围 大于2IF，则两频率范围会重叠,所以要求输入滤波器在不影 响主信号的情况下抑制镜像抑制
LO IF
LO IM
1 频谱分析仪应用
❖ 从事通信工程的技术人员，在很多时候需要对信号进行分析， 针对不同观察域，分别用示波器、频谱分析仪和矢量分析仪 观察信号
❖ 示波器只能观察信号的幅度、周期和频率；但频谱分析仪还 可以分析信号的频率分布信息、频率、功率、谐波、杂波、 噪声、干扰和失真，而矢量分析仪可以在频谱分析仪基础上 分析数字调制信号调制质量
❖ 有些频谱分析仪的带宽选择性定义为60dB与30dB带宽之比， 如下图，也有的频谱分析仪的选择性用60dB和6dB带宽之比 表示
❖ 在频域上可以准确地测量有用信号和无用信号的各种参数
幅度 (功率)
时域测量
频域测量
2 频谱分析仪结构及原理
❖ 频谱分析仪的类型 ❖ 频谱分析仪主要有傅立叶频谱分析仪和超外差式频谱分析仪 ❖ FFT频谱分析仪：被分析的信号通过模数转换器采样，变成
离散信号，采样值被保存在一个存储器中，经过离散FFT变 换计算，计算出信号的频谱 ❖ FFT频谱分析仪不足之处：FFT分析仪不适合脉冲信号的分 析，而且由于A/D转换器速度的限制，FFT分析仪仅适合测 量低频信号
频谱分析仪技术基础
议题
❖ 阐述频谱分析仪测量的主要应用 ❖ 介绍频谱分析仪内部结构及工作原理 ❖ 说明频率分辨率、灵敏度和动态范围等重要指标在分析仪测
量中的重要作用 ❖ 针对PHS测试，简述注意事项
8563A
SPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHz
要达到的学习目标
❖ 熟练应用频谱分析仪 ❖ 了解频谱分析仪结构原理，了解频谱 分析仪性能指标 ❖ 掌握PHS测试频谱分析仪参数设置
RF IF
LO
中频放大器
❖ 输入信号经过了前置衰减器，电平降低，为了恢复信号幅值， 补偿输入衰减器的变化，在混频后对中频信号进行放大
❖ 在放大有用信号的同时，噪声和干扰信号也被同时放大
中频滤波器
❖ 中频信号经放大后，然后经过中频滤波器，中频滤波器是一 个带通滤波器，它选出需要的混频分量，抑制掉其他不需要 的信号。中频滤波器的带宽决定了频谱分析仪的RBW范围
❖ 根据频谱分析仪类型不同，中频滤波器有模拟滤波器、数字 滤波器和FFT滤波器
模拟滤波器
❖ 模拟滤波器用来实现大的分辨率带宽。一般频谱仪为4级滤 波电路，也有5级滤波电路产品，这样可分别得到14和10的 波形因子，然而理想的高斯滤波器的波形因子为4.6
❖ 波形因子即带宽选择性，简称选择性。在实际测量中，经常 会遇到这种情形，两个频率接近的信号幅度不等，大信号形 成的响应曲线掩盖了小信号，使小信号丢失，所以很多公司 产品提供了滤波器3dB带宽，表示等幅正弦信号频率相差多 少时仍能将它们区分开，这样的合成响应曲线仍有两个峰值， 中间下沉大约3dB,如下图所示
视频 滤波器
本地 振荡器 频率基 准
扫频 发生器
显示
原理分析
❖ 信号分析过程如下：被测信号经过滤波和衰减后，和LO信 号进入混频器混频转换成中频信号，因为LO频率可变，所 以输入信号都可以被转换成固定中频，经放大后进入中频滤 波器（中心频率固定），然后进入一个对数放大器，对中频 信号进行压缩，然后进行包络检波，所得信号即视频信号， 为了平滑显示，在包络检波之前通过可调低通滤波器，即视 频滤波；视频信号在阴极射线管内垂直偏转，即显示出在信 号的幅度，同时，由于显示的频率值是扫频发生器电压值的 函数，所以对应被测信号的频率值，于是，被测信号的信息 显示在LCD上
超外差频谱分析仪
❖ 这种频谱分析仪对输入信号的分析，并不是从时间特性计算 得来的，而是由频域分析直接决定的。对于这样的分析，必 须把输入频谱分成各个独立的部分。可调带通滤波器就是为 此目的而使用的
❖ 超外差频谱分析仪内部结构如下图
RF 输入
IF
输入
衰减器 混频器 增益
滤波器
IF 滤波器
检波器
对数 放大器
频器是非线性器件，输出会有很多频率成分 ：mf n f 但我们
RF
LO
需要的是 f f
LO
RF
❖ 混频方式有两种：基波混频和谐波混频，基波混频是输入信
号的基波混频，而谐波混频是通过本振信号的谐波来混频
❖ 谐波混频会造成相对高的转换损耗
❖ 混频器对输入RF小信号而言是线性网络，当输入信号幅度 逐渐增大时，就存在着非线性失真问题，所以输入信号的幅 值应低于频谱分析仪的1dB压缩点
频域和时域
❖ 早期的信号观察，主要依赖示波器在时域内观察信号；傅立 叶变换告诉我们：任何时域内电信号都是由一个或多个不同 频率、不同幅度和不同相位的正弦波组成的，但应用示波器 无法观察到频域内信息，只能在时域内观察；应用频域测量， 就能以频谱的形式显示出每个正弦波的幅度随频率变化的情 况
❖ 下图是信号在时域和频域内观察的结果，由此可以清楚看出 信号在频域观察的必要性：时域得到的是信号的波形信息， 不能测量混合信号，如果存在干扰或失真信号，在时域上无 法区分有用信号和无用信号
❖ 提高测试的准确性：混频器是非线性器件，当混频器输入信 号电平较高时，输出会产生许多产物，而且电平太高会干扰 测试结果，使无互调范围减小；当输入信号电平在混频器 1dB压缩点以上时，测试结果会不准确
❖ 提高频谱仪动态范围：通过设置步进衰减器调节进入混频器 的电平，可以得到较大的动态范围
混频器
❖ 混频器的作用就是将输入高频信号转换成中频信号，由于混
❖ 如果使用可调谐带通滤波器以抑制镜像频率，则由于较宽的 调谐范围使滤波器极为复杂，所以采用高的第一中频使问题 简化
❖ 这种配置下，镜像频率位于输入频率范围之上，由于两个频 率范围不会重叠，故可利用低通滤波器抑制镜像频率，三者 范围关系如下图
IF
LO
RF
IM
衰减器
❖ 衰减器主要有三个作用
❖ 保护频谱仪不受损坏：测量高电平信号时，为了不烧坏频谱 分析仪，必须对信号进行衰减；
❖ 下面将对频谱分析仪每个独立部件的工作原理和相互之间的 作用做详细说明
低通滤波器
❖ 低通滤波器的主要作用是抑制镜像频率。下图是低中频频谱 分析仪输入频率与镜像频率范围的关系，如果输入频率范围 大于2IF，则两频率范围会重叠,所以要求输入滤波器在不影 响主信号的情况下抑制镜像抑制
LO IF
LO IM
1 频谱分析仪应用
❖ 从事通信工程的技术人员，在很多时候需要对信号进行分析， 针对不同观察域，分别用示波器、频谱分析仪和矢量分析仪 观察信号
❖ 示波器只能观察信号的幅度、周期和频率；但频谱分析仪还 可以分析信号的频率分布信息、频率、功率、谐波、杂波、 噪声、干扰和失真，而矢量分析仪可以在频谱分析仪基础上 分析数字调制信号调制质量
❖ 有些频谱分析仪的带宽选择性定义为60dB与30dB带宽之比， 如下图，也有的频谱分析仪的选择性用60dB和6dB带宽之比 表示
❖ 在频域上可以准确地测量有用信号和无用信号的各种参数
幅度 (功率)
时域测量
频域测量
2 频谱分析仪结构及原理
❖ 频谱分析仪的类型 ❖ 频谱分析仪主要有傅立叶频谱分析仪和超外差式频谱分析仪 ❖ FFT频谱分析仪：被分析的信号通过模数转换器采样，变成
离散信号，采样值被保存在一个存储器中，经过离散FFT变 换计算，计算出信号的频谱 ❖ FFT频谱分析仪不足之处：FFT分析仪不适合脉冲信号的分 析，而且由于A/D转换器速度的限制，FFT分析仪仅适合测 量低频信号
频谱分析仪技术基础
议题
❖ 阐述频谱分析仪测量的主要应用 ❖ 介绍频谱分析仪内部结构及工作原理 ❖ 说明频率分辨率、灵敏度和动态范围等重要指标在分析仪测
量中的重要作用 ❖ 针对PHS测试，简述注意事项
8563A
SPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHz
要达到的学习目标
❖ 熟练应用频谱分析仪 ❖ 了解频谱分析仪结构原理，了解频谱 分析仪性能指标 ❖ 掌握PHS测试频谱分析仪参数设置
RF IF
LO
中频放大器
❖ 输入信号经过了前置衰减器，电平降低，为了恢复信号幅值， 补偿输入衰减器的变化，在混频后对中频信号进行放大
❖ 在放大有用信号的同时，噪声和干扰信号也被同时放大
中频滤波器
❖ 中频信号经放大后，然后经过中频滤波器，中频滤波器是一 个带通滤波器，它选出需要的混频分量，抑制掉其他不需要 的信号。中频滤波器的带宽决定了频谱分析仪的RBW范围
❖ 根据频谱分析仪类型不同，中频滤波器有模拟滤波器、数字 滤波器和FFT滤波器
模拟滤波器
❖ 模拟滤波器用来实现大的分辨率带宽。一般频谱仪为4级滤 波电路，也有5级滤波电路产品，这样可分别得到14和10的 波形因子，然而理想的高斯滤波器的波形因子为4.6
❖ 波形因子即带宽选择性，简称选择性。在实际测量中，经常 会遇到这种情形，两个频率接近的信号幅度不等，大信号形 成的响应曲线掩盖了小信号，使小信号丢失，所以很多公司 产品提供了滤波器3dB带宽，表示等幅正弦信号频率相差多 少时仍能将它们区分开，这样的合成响应曲线仍有两个峰值， 中间下沉大约3dB,如下图所示
视频 滤波器
本地 振荡器 频率基 准
扫频 发生器
显示
原理分析
❖ 信号分析过程如下：被测信号经过滤波和衰减后，和LO信 号进入混频器混频转换成中频信号，因为LO频率可变，所 以输入信号都可以被转换成固定中频，经放大后进入中频滤 波器（中心频率固定），然后进入一个对数放大器，对中频 信号进行压缩，然后进行包络检波，所得信号即视频信号， 为了平滑显示，在包络检波之前通过可调低通滤波器，即视 频滤波；视频信号在阴极射线管内垂直偏转，即显示出在信 号的幅度，同时，由于显示的频率值是扫频发生器电压值的 函数，所以对应被测信号的频率值，于是，被测信号的信息 显示在LCD上
超外差频谱分析仪
❖ 这种频谱分析仪对输入信号的分析，并不是从时间特性计算 得来的，而是由频域分析直接决定的。对于这样的分析，必 须把输入频谱分成各个独立的部分。可调带通滤波器就是为 此目的而使用的
❖ 超外差频谱分析仪内部结构如下图
RF 输入
IF
输入
衰减器 混频器 增益
滤波器
IF 滤波器
检波器
对数 放大器
频器是非线性器件，输出会有很多频率成分 ：mf n f 但我们
RF
LO
需要的是 f f
LO
RF
❖ 混频方式有两种：基波混频和谐波混频，基波混频是输入信
号的基波混频，而谐波混频是通过本振信号的谐波来混频
❖ 谐波混频会造成相对高的转换损耗
❖ 混频器对输入RF小信号而言是线性网络，当输入信号幅度 逐渐增大时，就存在着非线性失真问题，所以输入信号的幅 值应低于频谱分析仪的1dB压缩点
频域和时域
❖ 早期的信号观察，主要依赖示波器在时域内观察信号；傅立 叶变换告诉我们：任何时域内电信号都是由一个或多个不同 频率、不同幅度和不同相位的正弦波组成的，但应用示波器 无法观察到频域内信息，只能在时域内观察；应用频域测量， 就能以频谱的形式显示出每个正弦波的幅度随频率变化的情 况
❖ 下图是信号在时域和频域内观察的结果，由此可以清楚看出 信号在频域观察的必要性：时域得到的是信号的波形信息， 不能测量混合信号，如果存在干扰或失真信号，在时域上无 法区分有用信号和无用信号
❖ 提高测试的准确性：混频器是非线性器件，当混频器输入信 号电平较高时，输出会产生许多产物，而且电平太高会干扰 测试结果，使无互调范围减小；当输入信号电平在混频器 1dB压缩点以上时，测试结果会不准确
❖ 提高频谱仪动态范围：通过设置步进衰减器调节进入混频器 的电平，可以得到较大的动态范围
混频器
❖ 混频器的作用就是将输入高频信号转换成中频信号，由于混