Agilent_频谱分析仪使用手册.
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noise 1 dB
3 dB 5 dB 10 dB 15 dB 20 dB
Measurement Error
6.87 dB 3.02 dB 1.65 dB 0.46 dB 0.14 dB 0.04 dB
影响频谱仪灵敏度的因素 ---- 衰减器设值
20dB 10dB 0dB
衰减器设值大 噪声电平高
影响频谱仪灵敏度的因素 ---- 衰减器设值
2f - f 12
3
f1
f2
双音信号测试
2fபைடு நூலகம்- f 1
三阶失真 二阶失真
2
3
Power
Second Order: 2 dB/dB of Fundamental
in dB
Third Order: 3 dB/dB of Fundamental
f
2f
3f
谐波失真
失真信号变化举例
1 dB 20 dB
1 dB 21 dB
预放
功放
RF 输
出
功率和失真测试
LO
LO 本振源
频率；功率及稳定度
信号的频域指标
z 信号功率 z 信号频率 z 相位噪声 z 杂波抑制 z 谐波抑制
Carrier:载波
+5dBm 杂波：-65dBc 二次谐波： -30dBc
次谐波
相位噪声
-25 dBm -60 dBm
0.5f0
f0
2f0
器件三阶交调性能测试
Digital demod hardware
Measurement Personality
3.0
cdmaOne
GHz
6.7
Bluetooth
GSM
GHz
13.2 GHz
3G
26.5 GHz
ESA 分析功能
频域
时域
解调域
ESA 显示面板
ESA 操作面板
ESA 后面板
技术小结
Ø 根据信号的特性，可将信号分为：
+30
TOI
SOI
混混频频器器工工作作电电平平== 参参考考电电平平--衰衰减减器器
无失真测试动态范围在内部失真和 噪声电平间折衷
衰减器设值小时 频谱仪内部失真大；噪声电平低
衰减器设值大时 频谱仪内部失真小；噪声电平高
改变衰减器来判断频谱仪测试结果的真实性
IF GAIN
改变衰减器设置
RF INPUT ATTENUATOR
21.4 MHz Out
IF Processing
amp
filter
det
300 MHz
LO
LO
中频滤波器
IF FILTER
Input Spectrum IF Bandwidth (RBW)
Display
检波器
"bins"
Detector 幅度
视频滤波器
VIDEO FILTER
技术小结
Ø 完成频谱分析有：扫频式和FFT两种方式； Ø FFT适合于窄分析带宽，快速测量场合； Ø 扫频方式适合于宽频带分析场合； Ø 单点频CW信号在扫频式频谱仪上测试显示的结果 为 中频滤波器形状。
频谱仪显示结果变化？
N Y
测试杂波或噪声有仪表内部产生成份
测试杂波或噪声来源于被测
增加衰减器，直到显示的杂散不再变化为止
频谱分析仪动态范围定义
+30 dBm
最大输入电平
-10 dBm 混频器压缩电平
-35 dBm 三阶失真
LCD-DISPLAY MEASUREMENT
RANGE
RANGE
145 dB
输入衰减器
输入衰减器
中频放大器
混频器
输入
混频器
RF IF
f
-
LO
f sig
f
+
LO
f sig
f sig
LO
f sig
f
LO
f LO
ESA 对信号的变频处理
Highband Preselected Mixer
A 321.4 MHz
IF
Input Attenuator
RF INPUT
3 Hz - 26.5 GHz0 - 70 dB
中频滤波器矩形系数影响 频谱仪对不等幅信号的分辨能力
RBW = 1 kHz Selectivity 15:1
RBW = 10 kHz
3 dB
7.5 kHz
distortion products
60 dB
60 dB BW = 15 kHz
10 kHz 10 kHz
ESA 中频滤波器性能
数字滤波器测试结果 模拟滤波器测试结果
利用频谱分析仪正确测量噪声信号的方法
MMaakkeerrNNooiissee
功能自动设置频谱仪检波方式为:sample, 进行功率平均处理及带宽归一化
提高频谱仪灵敏度的技术方法
+ 最小RBW设值 + 最小衰减器设值 + 减少VBW + 前置放大器
（增益>噪声系数）
1kHz
ESA 灵敏度指标
Frequency (MHz)
3 dB 2 dB
f
2f
3f
非线性引起失真信号变化规律
失真信号/输入功率比（dBc）
失真信号幅度与混频器工作电平的关系
0
.
-20
二二阶阶
-40
-60
-80
三三阶阶
-100
-60
-30
混频器工作电平
0 TOI SHI +30
混频器工作电平 = 输入信号电平 - 衰减器设值
为减小频谱分析仪内部失真，混频器应工作在尽量低电平，应加大衰减器设值
输入衰减器
中频放大器
为保证正确测量信号电平， 频谱仪内部衰减器和中频放大器联动工作
影响频谱仪灵敏度的因素 ---- RBW
10kHz RBW 3kHz RBW 1kHz RBW
噪声电平随RBW 按 RBW1
10log----------
RBW2 规律变化
影响频谱仪灵敏度的因素 ---- VBW
VBW影响显示 噪声电平的方差， 减小VBW得到其 平均值
动态范围：频谱分析仪同时测量大小信号能力
SIGNAL-TO-NOISE RATIO, dBc
三阶
最最大大二二阶阶无无失失真真动动态态范范围围点点 ..
-20
最最大大三三阶阶无无失失真真动动态态范范围围点点
-40
-60
显示噪声电平
-80
二阶
-100 -60
最最佳佳混混频频器器工工作作电电平平
-30
0
Agilent Technologies Training
Agilent ESA 系列
通用频谱分析仪
安捷伦科技有限公司 电子仪器与系统集团
技术支援中心
ESA 频谱分析仪课程内容
Ê 信号分析技术简介 Ê 频谱分析仪工作原理 Ê 频谱分析仪性能指标 Ê ESA 频谱仪测试功能及应用 Ê 模拟调制信号分析 Ê 数字调制信号分析 Ê 操作及实验
频谱仪噪声会影响被测信号功率测试
Apparent Signal
Actual S/N
Displayed
S/N 频谱仪显示信号=输入信号+内部噪声
CW Signal
powers = powers+n - powern [mW]
修正参数
Measured noise level relative to internal
频谱分析仪性能指标 ------内部失真
< -50 dBc
< -40 dBc
< -50 dBc
三阶交调测试
各次谐波测试
频谱分析仪典型测试应用
频谱分析仪产生内部失真的原因
混频器非线性作用
混频信号
被测信号
混频器输出信号
混频器产生失真成分
各阶非线性失真变化规律
高阶失真信号幅度比基波信号变化速度快
3
Power in dB
RBW 是中频滤波器 3dB 带宽
单单点点频频信信号号在在频频谱谱上上测测试试显显示示结结果果为为中中频频滤滤波波器器的的频频响响形形状状
3 dB
60 dB
滤波器矩形系数 =
60 dB BW
60 dB BW 3 dB BW
3 dB BW
RBW 对频谱仪分辨率的影响
10 kHz RBW 3 dB
10 kHz
f 1
f 2
f
f1 f2
f
扫频式频谱仪组成框图
RF输入衰 减器
中频 混频器 放大器
输入
预选滤波器/ 低通滤波器
本振
中频 滤波器
检波器
对数 放大器
扫描控制器
视频 滤波器
参考 振荡器
显示结果
扫频式频谱仪工作过程
f s 01 2
input
3 (GHz)
Signal Range
f
LO
f
s
f s
mixer 0 1 f s 2
第一章: 信号分析技术简介
第一章: 信号分析技术简介
连续波信号 模拟调制信号 数字调制信号 噪声信号
MMoodduullaattiioonn
时域分析 频域分析 调制域分析
NNooiissee
完整的信号分析内容
带带内内测测试试项项目目
带带外外测测试试项项目目
频道内
{（In-channel） 频道外
z 信号频率 z 信号功率/时间，平均/峰值功率 z 调制精度
（out of channel）z 邻道功率比(ACPR)
z 谐波 z 远端杂波
信号的基本分析方法
Amplitude (power)
frequency
时域分析
time
频域分析
频谱分析仪典型应用
调制信号
参考
与参考进行对比
调制器
混频器
增益；噪声测试
本振寄生调频对测量的影响
本振相位噪声对测量的影响
本振相位噪声在频谱上表现为信号噪声边带
RBW设置会影响频谱仪测试速度
Swept too fast
当滤波器带宽小时,其响应时间会相应变长
ESA Segment 分段扫描功能
频谱仪测量灵敏度
输入 信号
混频器
检波器 中频滤波器
LO 扫描
频频谱谱仪仪内内部部混混频频器器及及各各级级放放大大器器会会产产生生噪噪声声,, 通通过过检检波波器器会会反反映映为为显显示示白白噪噪声声电电平平 ((DDAANNLL))
80 dB
LO Range
f LO
f
+ LO
f
s
34 5 6
3.6
6.5
IF filter
sweep generator
3.6
f IF A
detector
LO
f LO 0 1 2 3 (GHz) f
3 4 5 6 (GHz)
3.6
6.5
LCD display
单单点点频频信信号号在在频频谱谱上上测测试试显显示示结结果果为为中中频频滤滤波波器器的的频频响响形形状状
2 dB Step
3Hz - 3GHz
3 - 7 GHz
1st LO 3 GHz
C
321.4 MHz IF
Highband Mixer
B
321.4 MHz
IF
1st LO
A
3 - 7 GHz
B
C
Preamp Option
1st LO 3 - 7 GHz
2nd LO 3.6 GHz
21.4 MHz 3rd IF
信号源1
信号源2
频谱仪
f1
f 1 + 10 kHz
耦合器
衰减器
带通滤波器
In 被测件
调制信号的矢量描述
BPSK
DQPSK and QPSK
π/4 DQPSK
16QAM
32QAM
MSK
8 PSK
调制信号的误差
Er幅r度o误r 差Vector Concept
Q
{
实际信号
误差失量
φ
标准参考信号
Error Vector Magnitude (EVM)
E4401B
1 Hz - 5 MHz RBW
E4402B E4404B E4405B
1Hz - 5 MHz RBW 1 Hz - 5 MHz RBW 1 Hz - 5 MHz RBW
E4407B
1 Hz - 5 MHz RBW
9
1.5 3.0
26.5
kHz
GHz GHz
GHz
ESA-L
E4411B E4403B E4408B
1 kHz - 5 MHz RBW 1 kHz - 5 MHz RBW 1 kHz - 5 MHz RBW
频率分辨率
输入信号
混频器
3 dB BW
3 dB
中频滤波器/分辨滤波器
LO
扫描控制器
检波器
RBW Display
影响频谱分析仪频率分辨率性能的因素
RBW
本振寄生调频
中频滤波器矩形系数
本振相位噪声
=
相位误差
I
(average error magnitude) x 100%
(maximum symbol magnitude)
调制信号精度分析过程
解调
被测信号
标准参考信号 001110
调制器
误差信号
调制信号精度测试
ESA的数字调制信号分析能力
ESA-E Series Spectrum Analyzer
第三章: 频谱分析仪性能指标
频谱分析仪基本性能指标
频率
z 工作频率范围 z 频率分辨率 (分辨频率间隔信号能力)
幅度
z 内部失真 (测量大信号能力) z 测量动态范围 z 灵敏度 (测量小信号能力)
测试精度
测试速度
频率测量范围
ESA-E
1.5 3.0 6.7 13.2 26.5
30Hz
GHz GHz GHz GHz GHz
非调制连续波信号（CW信号）；调制信号
Ø 根据存在形式，信号可分为：
连续稳定信号； 周期变化信号（例如：脉冲TDMA信号）；瞬变信号等
Ø 分析CW信号可利用时域和频域分析法； Ø 分析调制信号精度需进行解调分析； Ø 分析周期变化信号，需利用选时分析能力； Ø 分析瞬变信号，需具备存储分析功能。
第二章: 频谱分析仪工作原理
信号频域分析技术
FFT(快速傅立叶变换)
扫频频谱仪
Parallel filters measured
Filter 'sweeps' over range of
A
simultaneously
A
interest
LCD shows full spectral display
LCD shows full spectral display
3 dB 5 dB 10 dB 15 dB 20 dB
Measurement Error
6.87 dB 3.02 dB 1.65 dB 0.46 dB 0.14 dB 0.04 dB
影响频谱仪灵敏度的因素 ---- 衰减器设值
20dB 10dB 0dB
衰减器设值大 噪声电平高
影响频谱仪灵敏度的因素 ---- 衰减器设值
2f - f 12
3
f1
f2
双音信号测试
2fபைடு நூலகம்- f 1
三阶失真 二阶失真
2
3
Power
Second Order: 2 dB/dB of Fundamental
in dB
Third Order: 3 dB/dB of Fundamental
f
2f
3f
谐波失真
失真信号变化举例
1 dB 20 dB
1 dB 21 dB
预放
功放
RF 输
出
功率和失真测试
LO
LO 本振源
频率；功率及稳定度
信号的频域指标
z 信号功率 z 信号频率 z 相位噪声 z 杂波抑制 z 谐波抑制
Carrier:载波
+5dBm 杂波：-65dBc 二次谐波： -30dBc
次谐波
相位噪声
-25 dBm -60 dBm
0.5f0
f0
2f0
器件三阶交调性能测试
Digital demod hardware
Measurement Personality
3.0
cdmaOne
GHz
6.7
Bluetooth
GSM
GHz
13.2 GHz
3G
26.5 GHz
ESA 分析功能
频域
时域
解调域
ESA 显示面板
ESA 操作面板
ESA 后面板
技术小结
Ø 根据信号的特性，可将信号分为：
+30
TOI
SOI
混混频频器器工工作作电电平平== 参参考考电电平平--衰衰减减器器
无失真测试动态范围在内部失真和 噪声电平间折衷
衰减器设值小时 频谱仪内部失真大；噪声电平低
衰减器设值大时 频谱仪内部失真小；噪声电平高
改变衰减器来判断频谱仪测试结果的真实性
IF GAIN
改变衰减器设置
RF INPUT ATTENUATOR
21.4 MHz Out
IF Processing
amp
filter
det
300 MHz
LO
LO
中频滤波器
IF FILTER
Input Spectrum IF Bandwidth (RBW)
Display
检波器
"bins"
Detector 幅度
视频滤波器
VIDEO FILTER
技术小结
Ø 完成频谱分析有：扫频式和FFT两种方式； Ø FFT适合于窄分析带宽，快速测量场合； Ø 扫频方式适合于宽频带分析场合； Ø 单点频CW信号在扫频式频谱仪上测试显示的结果 为 中频滤波器形状。
频谱仪显示结果变化？
N Y
测试杂波或噪声有仪表内部产生成份
测试杂波或噪声来源于被测
增加衰减器，直到显示的杂散不再变化为止
频谱分析仪动态范围定义
+30 dBm
最大输入电平
-10 dBm 混频器压缩电平
-35 dBm 三阶失真
LCD-DISPLAY MEASUREMENT
RANGE
RANGE
145 dB
输入衰减器
输入衰减器
中频放大器
混频器
输入
混频器
RF IF
f
-
LO
f sig
f
+
LO
f sig
f sig
LO
f sig
f
LO
f LO
ESA 对信号的变频处理
Highband Preselected Mixer
A 321.4 MHz
IF
Input Attenuator
RF INPUT
3 Hz - 26.5 GHz0 - 70 dB
中频滤波器矩形系数影响 频谱仪对不等幅信号的分辨能力
RBW = 1 kHz Selectivity 15:1
RBW = 10 kHz
3 dB
7.5 kHz
distortion products
60 dB
60 dB BW = 15 kHz
10 kHz 10 kHz
ESA 中频滤波器性能
数字滤波器测试结果 模拟滤波器测试结果
利用频谱分析仪正确测量噪声信号的方法
MMaakkeerrNNooiissee
功能自动设置频谱仪检波方式为:sample, 进行功率平均处理及带宽归一化
提高频谱仪灵敏度的技术方法
+ 最小RBW设值 + 最小衰减器设值 + 减少VBW + 前置放大器
（增益>噪声系数）
1kHz
ESA 灵敏度指标
Frequency (MHz)
3 dB 2 dB
f
2f
3f
非线性引起失真信号变化规律
失真信号/输入功率比（dBc）
失真信号幅度与混频器工作电平的关系
0
.
-20
二二阶阶
-40
-60
-80
三三阶阶
-100
-60
-30
混频器工作电平
0 TOI SHI +30
混频器工作电平 = 输入信号电平 - 衰减器设值
为减小频谱分析仪内部失真，混频器应工作在尽量低电平，应加大衰减器设值
输入衰减器
中频放大器
为保证正确测量信号电平， 频谱仪内部衰减器和中频放大器联动工作
影响频谱仪灵敏度的因素 ---- RBW
10kHz RBW 3kHz RBW 1kHz RBW
噪声电平随RBW 按 RBW1
10log----------
RBW2 规律变化
影响频谱仪灵敏度的因素 ---- VBW
VBW影响显示 噪声电平的方差， 减小VBW得到其 平均值
动态范围：频谱分析仪同时测量大小信号能力
SIGNAL-TO-NOISE RATIO, dBc
三阶
最最大大二二阶阶无无失失真真动动态态范范围围点点 ..
-20
最最大大三三阶阶无无失失真真动动态态范范围围点点
-40
-60
显示噪声电平
-80
二阶
-100 -60
最最佳佳混混频频器器工工作作电电平平
-30
0
Agilent Technologies Training
Agilent ESA 系列
通用频谱分析仪
安捷伦科技有限公司 电子仪器与系统集团
技术支援中心
ESA 频谱分析仪课程内容
Ê 信号分析技术简介 Ê 频谱分析仪工作原理 Ê 频谱分析仪性能指标 Ê ESA 频谱仪测试功能及应用 Ê 模拟调制信号分析 Ê 数字调制信号分析 Ê 操作及实验
频谱仪噪声会影响被测信号功率测试
Apparent Signal
Actual S/N
Displayed
S/N 频谱仪显示信号=输入信号+内部噪声
CW Signal
powers = powers+n - powern [mW]
修正参数
Measured noise level relative to internal
频谱分析仪性能指标 ------内部失真
< -50 dBc
< -40 dBc
< -50 dBc
三阶交调测试
各次谐波测试
频谱分析仪典型测试应用
频谱分析仪产生内部失真的原因
混频器非线性作用
混频信号
被测信号
混频器输出信号
混频器产生失真成分
各阶非线性失真变化规律
高阶失真信号幅度比基波信号变化速度快
3
Power in dB
RBW 是中频滤波器 3dB 带宽
单单点点频频信信号号在在频频谱谱上上测测试试显显示示结结果果为为中中频频滤滤波波器器的的频频响响形形状状
3 dB
60 dB
滤波器矩形系数 =
60 dB BW
60 dB BW 3 dB BW
3 dB BW
RBW 对频谱仪分辨率的影响
10 kHz RBW 3 dB
10 kHz
f 1
f 2
f
f1 f2
f
扫频式频谱仪组成框图
RF输入衰 减器
中频 混频器 放大器
输入
预选滤波器/ 低通滤波器
本振
中频 滤波器
检波器
对数 放大器
扫描控制器
视频 滤波器
参考 振荡器
显示结果
扫频式频谱仪工作过程
f s 01 2
input
3 (GHz)
Signal Range
f
LO
f
s
f s
mixer 0 1 f s 2
第一章: 信号分析技术简介
第一章: 信号分析技术简介
连续波信号 模拟调制信号 数字调制信号 噪声信号
MMoodduullaattiioonn
时域分析 频域分析 调制域分析
NNooiissee
完整的信号分析内容
带带内内测测试试项项目目
带带外外测测试试项项目目
频道内
{（In-channel） 频道外
z 信号频率 z 信号功率/时间，平均/峰值功率 z 调制精度
（out of channel）z 邻道功率比(ACPR)
z 谐波 z 远端杂波
信号的基本分析方法
Amplitude (power)
frequency
时域分析
time
频域分析
频谱分析仪典型应用
调制信号
参考
与参考进行对比
调制器
混频器
增益；噪声测试
本振寄生调频对测量的影响
本振相位噪声对测量的影响
本振相位噪声在频谱上表现为信号噪声边带
RBW设置会影响频谱仪测试速度
Swept too fast
当滤波器带宽小时,其响应时间会相应变长
ESA Segment 分段扫描功能
频谱仪测量灵敏度
输入 信号
混频器
检波器 中频滤波器
LO 扫描
频频谱谱仪仪内内部部混混频频器器及及各各级级放放大大器器会会产产生生噪噪声声,, 通通过过检检波波器器会会反反映映为为显显示示白白噪噪声声电电平平 ((DDAANNLL))
80 dB
LO Range
f LO
f
+ LO
f
s
34 5 6
3.6
6.5
IF filter
sweep generator
3.6
f IF A
detector
LO
f LO 0 1 2 3 (GHz) f
3 4 5 6 (GHz)
3.6
6.5
LCD display
单单点点频频信信号号在在频频谱谱上上测测试试显显示示结结果果为为中中频频滤滤波波器器的的频频响响形形状状
2 dB Step
3Hz - 3GHz
3 - 7 GHz
1st LO 3 GHz
C
321.4 MHz IF
Highband Mixer
B
321.4 MHz
IF
1st LO
A
3 - 7 GHz
B
C
Preamp Option
1st LO 3 - 7 GHz
2nd LO 3.6 GHz
21.4 MHz 3rd IF
信号源1
信号源2
频谱仪
f1
f 1 + 10 kHz
耦合器
衰减器
带通滤波器
In 被测件
调制信号的矢量描述
BPSK
DQPSK and QPSK
π/4 DQPSK
16QAM
32QAM
MSK
8 PSK
调制信号的误差
Er幅r度o误r 差Vector Concept
Q
{
实际信号
误差失量
φ
标准参考信号
Error Vector Magnitude (EVM)
E4401B
1 Hz - 5 MHz RBW
E4402B E4404B E4405B
1Hz - 5 MHz RBW 1 Hz - 5 MHz RBW 1 Hz - 5 MHz RBW
E4407B
1 Hz - 5 MHz RBW
9
1.5 3.0
26.5
kHz
GHz GHz
GHz
ESA-L
E4411B E4403B E4408B
1 kHz - 5 MHz RBW 1 kHz - 5 MHz RBW 1 kHz - 5 MHz RBW
频率分辨率
输入信号
混频器
3 dB BW
3 dB
中频滤波器/分辨滤波器
LO
扫描控制器
检波器
RBW Display
影响频谱分析仪频率分辨率性能的因素
RBW
本振寄生调频
中频滤波器矩形系数
本振相位噪声
=
相位误差
I
(average error magnitude) x 100%
(maximum symbol magnitude)
调制信号精度分析过程
解调
被测信号
标准参考信号 001110
调制器
误差信号
调制信号精度测试
ESA的数字调制信号分析能力
ESA-E Series Spectrum Analyzer
第三章: 频谱分析仪性能指标
频谱分析仪基本性能指标
频率
z 工作频率范围 z 频率分辨率 (分辨频率间隔信号能力)
幅度
z 内部失真 (测量大信号能力) z 测量动态范围 z 灵敏度 (测量小信号能力)
测试精度
测试速度
频率测量范围
ESA-E
1.5 3.0 6.7 13.2 26.5
30Hz
GHz GHz GHz GHz GHz
非调制连续波信号（CW信号）；调制信号
Ø 根据存在形式，信号可分为：
连续稳定信号； 周期变化信号（例如：脉冲TDMA信号）；瞬变信号等
Ø 分析CW信号可利用时域和频域分析法； Ø 分析调制信号精度需进行解调分析； Ø 分析周期变化信号，需利用选时分析能力； Ø 分析瞬变信号，需具备存储分析功能。
第二章: 频谱分析仪工作原理
信号频域分析技术
FFT(快速傅立叶变换)
扫频频谱仪
Parallel filters measured
Filter 'sweeps' over range of
A
simultaneously
A
interest
LCD shows full spectral display
LCD shows full spectral display