频谱分析仪和矢量信号分析仪
频谱分析仪知识概述
频谱分析仪知识一、概述（一）用途频谱分析仪是频域测试领域使用最广泛的一类仪器，可以测量连续波、脉冲及调制等多种信号的频谱，可以测试信号的频率、功率、带宽、调制等参数，增加选件可以进行相位噪声、噪声系数、信道功率、矢量信号、网络参数、故障定位、电磁兼容等测试分析，广泛应用于通信、雷达、导航、频谱管理、信号监测、信息安全等测试领域，还可以用于电子元器件、部件和设备的科研、生产、测试、试验以及计量等。
（二）分类与特点频谱分析仪按其工作原理可分为非实时频谱分析仪和实时频谱分析仪两大类。
●非实时频谱分析仪特点非实时频谱分析仪按工作原理分为扫描调谐型、超外差型等，它们首先对输入信号按时间顺序进行扫描式调谐变频，然后对变频后的信号进行中频滤波、包络检波、视频滤波等处理，最终得到信号的频谱信息。
这种扫描式频谱分析仪在某一瞬间只能“观看”一个频率，逐次“观看”待测信号的全部频率范围，因此，它们只能分析在规定时间内频谱几乎不变化的周期重复信号。
但是，扫本振型超外差式频谱分析仪具有频率范围宽、选择性好、灵敏度高、动态范围大等多项优点，是目前用途最广泛的一类频谱分析仪。
●实时频谱分析仪特点实时频谱分析仪通过FFT变换，能同时观测显示其规定频率范围内所有频率分量，而且保持了两个信号间的时间关系（相位关系），使得它不仅能分析周期信号、随机信号，而且能分析瞬时信号和猝发信号。
实时触发、无缝捕获和多域分析是实时频谱分析仪的几个主要特点。
实时频谱分析仪可以很好地解决现代雷达和通信系统中出现的脉冲压缩、捷变频、直扩、跳频、码分多址和自适应调制等各种复杂信号的测试需求。
频谱分析仪按其结构形式可分为台式、便携式、手持式和模块（VXI、PCI、PXI、LXI等总线形式)等类型产品。
（三）产品国内外现状国内生产频谱分析仪的厂家主要有：中国电子科技集团41所、成都前锋电子、天津德力、北京普源精电、安泰信电子、苏州同创电子等单位。
中国电子科技集团41所拥有台式、便携式、手持式和模块产品，频率范围覆盖3Hz～50GHz（通过外扩频方式可到110GHz）。
频谱分析仪和信号分析仪的区别
在实验室和车间最常用的信号测试仪器是电子示波器。
人的思维对时间概念比较敏感,每时每刻都与时域事件发生联系,但是信号往往以频率形式出现,用示波器观察最简单的调幅载波信号也不方便,往往显示载波时看不清调制仪,屏幕上获得的是三条谱线,即载频和在载频左右的调制频。
调制方式越复杂,电子示波器越难显示,频谱分析器的表达能力强,频谱分析仪是名副其实的频域仪器的代表。
沟通时间一频率的数字表达方法就是傅里叶变换,它把时间信号分解成正弦和余弦曲线的叠加,完成信号由时间域转换到频率域的过程。
早期的频谱分析仪实质上是一台扫频接收机,输入信号与本地振荡信号在混频器变频后,经过一组并联的不同中心频率的带通滤波器,使输入信号显示在一组带通滤波器限定的频率轴上。
显然,由于带通滤波器由无源元件构成,频谱分析器整体上显得很笨重,而且频率分辨率不高。
既然傅里叶变换可把输入信号分解成分立的频率分量,同样可起着滤波器类似的作用,借助快速傅里叶变换电路代替低通滤波器,使频谱分析仪的构成简化,分辨率增高,测量时间缩短,扫频范围扩大,这就是现代频谱分析仪的优点了。
矢量信号分析仪是在预定,频率范围内自动测量电路增益与相应的仪器,它有内部的扫频频率源或可控制的外部信号源。
其功能是测量对输入该扫频信号的被测电路的增益与相位,因而它的电路结构与频谱分析仪相似。
频谱分析仪需要测量未知的和任意的输入频率,矢量信号分析仪则只测量自身的或受控的已知频率;频谱分析仪只测量输入信号的幅度(标量仪器),矢量信号分析仪则测量输入信号的幅度和相位(矢量仪器)。
由此可见,矢量信号分析仪的电路结构比频谱分析仪复杂,价位也较高。
现代的矢量信号分析仪也采用快速傅里叶变换,以下介绍它们的异同。
频谱分析议和FFT颁谱分析议传统的频谱分析仪的电路是在一定带宽内可调谐的接收机,输入信号经下变频后由低通滤器输出,滤波输出作为垂直分量,频率作为水平分量,在示波器屏幕上绘出坐标图,就是输入信号的频谱图。
泰克SignalVu软件可分析带宽达20GHz的RF信号——以独特的方式把矢量信号分析仪、频谱分析仪和数字示波
Ｌ ｅ ｉＲ ｎ，ｍａｅ ｌ ，ｗａ ｒ ｎ １ ８ ，ｉ ｓｅ ｔ ｄ ｎ ｆ ｓ ｂ ｎ ｉ ９ １ ｓ ａ ｍａ ｔ ｒ ｓ ｅ ｔ ｏ ｅ ｕ
主要研究方向为现代信号处理 ， 医学信号处理。 生物
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ｔｕＵｎｖｒｉ ． ｏ ｉｅ ｔ ｓｙ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
李
韧 ： ，９ １ 出生 ， 头大学硕 士研究生 ， 男 １８ 年 汕 研究方
Ｓ ａ ｔｕ Ｕｎｖ ｒｉ ，ｈ ｓｒ ｓａ ｃ ｉｅ ｔ ｎ ｉ ｏ ｈ ｎｏ ｉｅ ｔ ｓｙ ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ｄ ｒ ｃｉ ｓｃ ｍｍｕ ｉａ ｏ ｉ－ ｏ ｎ ｃ ｔ ｎ ｓｇ ｉ
什么是频谱分析仪,频谱分析仪的工作原理是什么,频谱分析仪怎样使用？
什么是频谱分析仪，频谱分析仪的工作原理是什么，频谱分析仪怎样使用？什么是频谱分析仪？频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。
它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。
现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，能分析1赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。
仪器内部若采用数字电路和微处理器，具有存储和运算功能；配置标准接口，就容易构成自动测试系统。
频谱分析仪的工作原理以及应用方面推广：频谱分析仪的组成及工作原理图1所示为扫频调谐超外差频谱分析仪组成框图。
输入信号经衰减器以限制信号幅度，经低通输入滤波器滤除不需的频率，然后经混频器与本振（LO）信号混频将输入信号转换到中频（IF）。
LO 的频率由扫频发生器控制。
随着LO频率的改变，混频器的输出信号（它包括两个原始信号，它们的和、差及谐波，）由分辨力带宽滤波器滤出本振比输入信号高的中频，并以对数标度放大或压缩。
然后用检波器对通过IF滤波器的信号进行整流，从而得到驱动显示垂直部分的直流电压。
随着扫频发生器扫过某一频率范围，屏幕上就会画出一条迹线。
该迹线示出了输入信号在所显示频率范围内的频率成分。
频谱仪各部分作用及显示信号分析输入衰减器：保证频谱仪在宽频范围内保持良好匹配特性，以减小失配误差;保护混频器及其它中频处理电路，防止部件损坏和产生过大的非线性失真。
混频器：完成信号的频谱搬移，将不同频率输入信号变换到相应中频。
在低频段（《3GHz）利用高混频和低通滤波器抑制镜像干扰;在高频段（》3GHz）利用带通跟踪滤波器抑制镜像干扰。
本振（LO）：它是一个压控振荡器，其频率是受扫频发生器控制的。
其频率稳定度锁相于参考源。
扫频发生器：除了控制本振频率外，它也能控制水平偏转显示，锯齿波扫描使频谱仪屏幕上从左到右显示信号，然后重复这个扫描不断更新迹线。
设备检测实验室设备配置建议最新完整版
设备检测实验室设备配置建议最新HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】第十八章无线电设备检测实验室设备配置建议一、概述：无线电设备检测工作是无线电管理的一个重要方面，随着科学技术水平的飞速发展，无线电通信应用愈来愈广泛，各种无线电通信设备迅速增加，新技术、新体制、新设备不断涌现，越来越多的无线电通信技术在我国得以应用。
为了使有限的频谱资源能够科学地、有效地开发和利用，防止无线电设备本身产品质量不合格产生的各种有害干扰，从源头上减少无线电干扰信号，维护空中电波秩序，确保各种无线电设备正常进行，必须加强对各类无线电设备的管理，应积极开展无线电设备检测工作。
现阶段在我国应用的通信技术体制非常广泛，目前TDMA(GSM900/DCS1800/GPRS)、CDMA(cdmaOne)、PHS(小灵通)为代表的通信体制正在被中国移动、中国联通、中国电信、中国网通广泛的应用。
同时，第三代（3G）移动通信系统(cdma2000、W-CDMA、TD-S-CDMA、LAS-CDMA等)也正在紧锣密鼓的研究开发之中，在不远的将来可能得到应用。
在当前的数字时代，除电信运营企业全部采用数字调制技术实现运营网络的数据、语音、图象等的无线传输外，其它应用场合也越来越多地应用数字调制技术，如DBS直接广播卫星通信、数字集群通信、Bluetooh蓝牙数据传输、WirelessLAN无线区域通信等。
同时，各种新的系统如LMDS，WLAN，BLUETOOTH等不断投入使用。
必将对无线电设备检测工作提出了更高的要求。
我们认为，作为无线电频谱的管理部门，监管的重点首先是无线发射机系统的射频指标，如:发射总功率、频率准确度、占用带宽、杂散发射等。
在此基础上，可适当进行其他指标的测试，辅助运营商进行系统检测。
其主要测试项目应包括：1.频率准确度2.最大输出功率3.发射机互调4.杂散发射5.占用带宽 OBW、邻道功率ACP6.相位误差另外，针对GSM系统，可增加调制及开关的频谱，功率时间曲线的测试；针对CDMA系统和扩频系统，可增加矢量幅度误差（EVM），码域功率和幅度统计特性（CCDF）等测试项目。
矢量信号分析仪FSQ和测量功能介绍
I 2+ Q 2
IF envelope voltage
Quadrature Host Memory 512 k
NCO
FFT滤波器
信道滤波器
谱域测量功能
l CP/ACP：信道功率/邻道功率 l OBW：占用带宽 l APD/CCDF：幅度分布函数/互补累计分布函数 l Power measurement in time domain：时域功率测量 l Trigger funtion－IF power trigger：中频功率触发 l Gated sweep：门限触发 l ：三阶截止点 l Noise marker, phase noise marker：噪声标记和相位
DC
20.4 MHz
40/40.8 MHz
fSample 80/81.6 MHz
矢量信号分析 50MHz RBW 对应的幅度／相位／群延时特性
2 0
ns 0
-
20
-15
-10
2
grad 0
2
-15
-10
2
0
dB -
2
-
4-15
-10
Group Delay
4
-5 Phas0e
5
10
15
-5
0
5
Amplitude
with FSQ-B72
120 MHz for >3.6 GHz Baseband input FSQ-B71 频率范围：DC~36MHz IQ 存储器
16 MSamples. each I and Q
矢量信号分析
标配
fIF
WCDMA Channel
信号分析在无线电监测工作中的应用
信号分析在无线电监测工作中的应用作者：周爽来源：《消费电子》2022年第05期众所周知，在现实生活中理想的信号是不存在的。
信号在传输过程中受噪声干扰及影响，会表现出一定的变化和杂乱。
这种变化表现出随着时间或频率变化的规律。
为了获取精准可靠的信息，需要采用时域分析法、变换域分析法、连续时间分析法、离散时间分析法等，对信号进行分析和处理。
近年来，随着新一代信息科学技术、电子技术、计算机技术、无线通信技术的发展，无线数据传输的标准越来越多。
不同类型的无线数据传输标准的应用场景不同，其优缺点也存在差异。
各类无线通信技术的发展加剧了无线电信号所受的干扰，无形中也增加了用户使用的不良体验。
为了解决无线电信号传输中所受的干扰问题，提高信号传输质量和传输安全，信号分析处理及无线电监测工作就显得非常必要。
研究信号分析在无线电监测工作中的应用对提高无线电自动化管理水平有着重要的意义。
（一）信号信号指任何携带信息的物理量。
信号分析处理就是从众多混合、杂乱的信息中提取或增强有用信息，并存储和传输有用信息的一种运算。
信号分析处理针对的是各类主流信号。
对不同类型信号处理需要采用对应的信号处理手段，并测量信号的中心频率、功率、宽带等时频域参数，确认调制类型、波特率、调制指数等调制域信息，获取信号源、信道编码、帧结构等编码域内容，最终实现解调与解码。
（二）信号分析处理的目的信息分析时通过解析方法或测试方法找出不同信号特征，并了解信号特征，掌握它随时间或频率变化的规律过程。
信号处理指通过对信号的变换和加工，将一个信号变换为另一个信号的过程。
信号分析处理本身就是为了特定的目的，通过一定的手段改造信号。
（三）信号分析处理的方法1.时频域分析法时频域分析法是一种借助信号分析仪获取时频图，再通过分析时频图获取信号频率、带宽、频谱形状、出现时间等参数的方法。
采用时频域分析法可以实现对信号调制样式的初步判定。
常见的模拟调制信号FM/AM、频率键控信号FSK等，均可以通过该方法确定。
频谱分析仪基础解析
1.频谱分析的基本概念 2. 频谱分析仪的基本原理 3. 频谱分析仪的基本指标 4. 影响频谱分析仪性能的因素
信号与频谱分析基本概念
信号的波形信息
信号的频域信息
信号的矢量域信息
2Hale Waihona Puke 示波器实现时域信号的实时测量，可以测量信 号的幅度，峰峰值，有效值，平均值，上升时 间，下降时间，周期，频率，脉冲宽度，脉冲 周期，脉冲超调量，振铃，稳态幅度，数字信 号的眼图，以及其它一些波形细节参数，是宽 带测量仪器，示波器的带宽，数字示波器的AD 采样频率决定了测量信号的最大带宽。
相位噪声显示和分辨率带宽RBW的设置有关。
本振相位噪声在频域上表现为信号频谱的噪声边带
2020/11/7
频谱仪测试的灵敏度
2020/11/7
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。
2020/11/7
影响频谱仪灵敏度的主要因素
RBW
噪声电平随RBW按照
10logRBW1/RBW2
幅度
测量输入信号的动态范围- 可以测量的最大信号和最小信号 20log10(Vmax/Vmin)或者10log10(Pmax/Pmin)
灵敏度-可以检测的最小信号的功率 内部失真-可以检测的最大信号的功率
测试精度 幅度精度 频率精度
扫描速度
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频谱仪的主要性能指标
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频谱仪的主要参数设置
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非线性引起失真信号的变化规律
为减小频谱仪内部失真，混频器应尽量工作在低电平，应加大衰减 值。
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无失真测试动态范围
在内部失真和噪声电平之间进行折中。
频谱分析仪
频谱分析仪主要技术指标1.频率范围：2Hz – 50GHz，2.频率分辨率：0.001Hz3.扫描时间：1µS ---6000S （扫宽 0Hz）; 扫宽≥10Hz时 1ms~2000s4.温度稳定度：1.5 x 10^-85.分辨率滤波器带宽精度: （RBW=1Hz~100kHz）精度: 0.5% （0.022 dB）6.分辨率滤波器形状因子 (–60 dB/–3 dB): < 4.1:17.最小分辨率带宽 (RBW)：1Hz8.分析带宽：160MHz9.频率响应误差: ±0.16 dB @3.6GHz;±0.82 dB @26.5GHz10.前置放大器增益（9 kHz - 3.6 GHz）: +20 dB,(26.5-50GHZ):+40dB,11.前置放大器噪声系数 (9 kHz - 3.6 GHz): 8 dB12. DANL显示平均噪声电平 (频率1 GHz): -172 dBm13. 相位噪声 (中心频率1GHz): -146dBc/Hz @ 1MHz offset-158dBc/Hz @ 10MHz offset14.外部参考信号输入: 1 ~ 50MHz15.中频AD变换器：400MHz， 14Bits16.衰减器切换不确定度：±0.003dB@50MHz，±0.3dB@3.6GHz,，±0.7dB@26.5GHz17.显示刻度保真度 (进入混频器的电平<-18dBm时) ：±0.07 dB18.三阶交调指标TOI (保证值/典型值): +23 dBm @13.6GHz;+17 dBm @26.5GHz19.衰减器变化步进2dB, 设置范围0 to 70 dB20.中频输出带宽:900MHz21.辅助中频输出：可提供10MHz到75MHz步进为0.5MHz的任意中频频率输出22.具有专门的相位噪声测量选件：可以自动完成相位噪声（RMS noise）以及相位抖动（RMS jitter）和剩余调频（Residual FM）的测量；23.具有内置的快捷测试功能：包括信道功率；谐波失真；杂散发射；脉冲信号峰值功率等的简单快速测量。
正确选购频谱分析仪
正确选购频谱分析仪频谱分析仪是一种测试仪器，可用于分析信号在频率域中的特性。
它可以帮助工程师在测试和调试电子设备时更好地理解设备的信号分布。
但是，由于市场上有很多种类型和品牌的频谱分析仪，正确选购一款频谱分析仪可能会让初学者感到困惑。
在本文中，我们将探讨如何正确选购适合您个人或公司需求的频谱分析仪。
频谱分析仪的种类频谱分析仪可分为两种类型：实时、非实时。
非实时频谱分析仪是最早的类型，也是最常见的类型。
它们可以测量连续信号的特性并存储数据，以便稍后分析。
实时频谱分析仪则是一种新型仪器，它们可以在短时间内对快速变化的信号进行高分辨率采样和处理。
实时频谱分析仪在测试雷达和信号调制方面最为常见。
频谱分析仪的特性在选购频谱分析仪之前，请考虑以下几个关键特性：带宽带宽是一个频谱分析仪最基本的特性。
它决定了频率范围。
如果您需要分析高频信号，带宽至少应为您需要测试的频率范围两倍以上。
动态范围动态范围是指频谱分析仪的灵敏度。
换句话说，它是信号强度范围的比率。
动态范围越大，您就能够测试更小的信号（较低的信噪比）和更高的信号级别。
但是，大的动态范围会增加成本，而在大多数应用场景中，标准的动态范围已经足够。
分辨率带宽分辨率带宽是指仪器能够处理的频率分辨率。
它是带宽的一部分，通常与带宽分辨率相同。
但是，如果您需要分析低功率信号，分辨率带宽可能会比带宽更重要。
噪声任何仪器都会受到噪声干扰。
因此，您应该选择噪音较少的频谱分析仪。
同时，不要忘记考虑环境噪声。
矢量分析器矢量分析器可通过分析信号的相位和幅度来提供更多详细的测量数据。
在测试基础带通道和无线电设备时，矢量分析器很有用。
结构根据使用环境和移动性，您可以选择低端台式机、桌面型或手持型频谱分析仪。
结论正确选购频谱分析仪需要考虑的因素还有很多。
这篇文章为您提供了一些基本注意事项，包括仪器的种类、特性以及选择正确的分析器结构。
希望这些信息能够帮助您选择最适合您项目的频谱分析仪。
频谱分析仪的作用
频谱分析仪的作用频谱分析仪是一种用于分析信号频谱的仪器。
它可以将信号的能量分布按频率进行可视化，从而帮助工程师和研究人员在各种领域中进行频谱分析和信号处理。
频谱分析仪在通信、音频、无线电、医学、科学研究等领域中都有广泛的应用。
本文将介绍频谱分析仪的作用及其在各领域中的应用。
一、频谱分析仪的作用：1. 信号频谱分析：频谱分析仪可以帮助工程师和研究人员对不同信号的频率和能量进行准确分析。
它可以显示信号在不同频率范围内的能量分布情况，从而帮助进行信号处理和优化。
2. 故障诊断：频谱分析仪可以用于故障诊断和故障定位。
通过分析故障信号的频谱特征，可以确定信号中存在的问题，并找出故障源。
这对于维修和调试电子设备非常有帮助。
3. 无线通信：频谱分析仪在无线通信领域中起着重要作用。
它可以用于无线信号的频率分析和频谱监测。
通过监测无线信号的频谱，可以检测到干扰信号、频率碰撞和频带占用等问题，从而提高无线通信的可靠性和效果。
4. 音频分析：频谱分析仪也广泛应用于音频领域。
它可以帮助工程师和音频专业人员对音频信号进行分析和处理。
通过频谱分析仪，可以了解音频信号的频谱特征，包括声音的频率分布和能量变化等，以及发现和修复音频信号中存在的问题。
二、频谱分析仪在各领域中的应用：1. 通信领域：在通信领域中，频谱分析仪用于无线信号的频谱监测和干扰检测。
它可以帮助监测无线信号的频率分布、信号强度和频带占用情况，从而提高通信系统的性能和可靠性。
2. 音频领域：频谱分析仪在音频领域中被广泛应用于音频信号的分析和处理。
它可以帮助音频工程师对声音的频率特征和能量分布进行准确的分析，从而实现音频信号的优化和增强。
3. 无线电领域：在无线电领域中，频谱分析仪用于无线电信号的频谱分析和监测。
通过分析无线电信号的频谱特征，可以了解信号的频率分布和能量变化，从而提高无线电通信的质量和性能。
4. 医学领域：频谱分析仪在医学领域中也有应用。
它可以用于心电图和脑电图等生物信号的频谱分析，从而帮助医生对患者的生理状态进行准确诊断和监测。
射频测试方案
射频测试方案简介射频（Radio Frequency，RF）测试是一种用于评估无线电系统的性能和可靠性的关键工具。
射频测试方案涵盖了多个方面，包括测试设备的选择、测试环境的搭建、测试参数的确定以及测试数据的分析等。
本文将介绍一个全面的射频测试方案，旨在帮助工程师进行高质量的射频测试。
测试设备选择在开始射频测试之前，我们首先需要选择合适的测试设备。
常见的射频测试设备包括功率计、频谱分析仪、矢量信号发生器和网络分析仪等。
这些设备的选择应根据具体测试需求来确定。
功率计功率计用于测量射频信号的功率。
在选择功率计时，需要考虑所测量的信号频率范围、功率范围以及精度等因素。
频谱分析仪频谱分析仪用于测量射频信号的频谱特性。
选择频谱分析仪时，需要考虑其频率范围、分辨率带宽、动态范围以及噪声功率等因素。
矢量信号发生器矢量信号发生器用于生成射频信号。
在选择矢量信号发生器时，需要考虑其频率范围、输出功率、调制方式以及相位噪声等因素。
网络分析仪网络分析仪用于测量射频信号在系统中的传输特性。
选择网络分析仪时，需要考虑其频率范围、动态范围、测量速度以及S参数测量精度等因素。
测试环境搭建在进行射频测试之前，我们需要搭建合适的测试环境来保证测试的可靠性和准确性。
屏蔽室屏蔽室是一个用于隔离外界干扰的环境。
在射频测试中，屏蔽室可有效防止外界无线信号对测试结果的干扰。
防干扰措施在测试环境中，需要采取一些防干扰措施，以减小外界干扰对测试结果的影响。
例如，在测试设备和待测设备之间使用合适的滤波器，以减小周围干扰信号的干扰。
温度和湿度控制对于某些射频设备，其性能和参数可能会受到环境温度和湿度的影响。
因此，在测试环境中需要对温度和湿度进行一定程度的控制，以保证测试结果的准确性。
测试参数确定在进行射频测试之前，需要确定测试的一些关键参数，以保证测试的完整性和准确性。
测试频率范围测试频率范围应根据待测设备的工作频率范围来确定。
对于不同的射频设备，其工作频率范围可能有所不同，因此需要根据实际情况进行设置。
DFT在信号频谱分析中的应用[精选5篇]
![DFT在信号频谱分析中的应用[精选5篇]](https://img.taocdn.com/s3/m/49c4e541f56527d3240c844769eae009581ba20c.png)
DFT在信号频谱分析中的应用[精选5篇]第一篇：DFT在信号频谱分析中的应用设计一 DFT在信号频谱分析中的应用一、设计目的1.熟悉DFT的性质。
2.加深理解信号频谱的概念及性质。
3.了解高密度谱与高分辨率频谱的区别。
二、设计任务与要求1.学习用DFT和补零DFT的方法来计算信号的频谱。
2.用MATLAB语言编程来实现，在做课程设计前，必须充分预习课本DTFT、DFT及补零DFT的有关概念，熟悉MATLAB语言，独立编写程序。
三、设计内容1.用MATLAB语言编写计算序列x(n)的N点DFT的m函数文件dft.m。
并与MATLAB中的内部函数文件fft.m作比较。
参考程序如下： function Xk=dft(xn,N)if length(xn)xn=[xn,zeros(1,N-length(xn))];end n=0:N-1;for k=0:N-1Xk(1,k+1)=sum(xn.*exp((-1)*j*n*k*(2*pi/N)));end 2.对离散确定信号 x(n)=cos(0.48πn)+cos(0.52πn)作如下谱分析：(1)截取x(n)使x(n)成为有限长序列N(0≤n≤N-1)，(长度N自己选)写程序计算出x(n)的N点DFT X(k),画出时域序列图xn～n和相应的幅频图X(k)~k。
参考程序如下：（假设N取11，即0≤n≤10 时, 编写程序，计算出X(n)的11点DFT Xk）n = 0:10;xn=cos(0.48*pi*n)+cos(0.52*pi*n);Xk = fft(xn, 11);subplot(2,1,1);stem(n, xn);grid;subplot(2,1,2);stem(n, abs(Xk));grid;(2)将(1)中x(n)补零加长至M点，长度M自己选,（为了比较补零长短的影响，M可以取两次值，一次取较小的整数，一次取较大的整数），编写程序计算x(n)的M点DFT, 画出时域序列图和两次补零后相应的DFT幅频图。
频谱分析仪和信号分析仪区别及常见问题解答
频谱分析仪和信号分析仪区别及常见问题解答频谱分析仪和信号分析仪这两个术语往往可以互换使用，不过两者在功能和能力上还是有一定区别。
当今的分析仪可进行更全面的频域、时域和调制域信号分析，用信号分析仪来描述更为准确。
频谱分析仪：测量在仪器的整个频率范围内输入信号幅度随频率进行变化的情况。
其最主要的用途是测量已知和未知信号的频谱功率。
矢量信号分析仪：测量在仪器的中频带宽内输入信号在单一频率上的幅度和相位。
其最主要的用途是对已知信号进行通道内测量，例如误差矢量幅度、码域功率和频谱平坦度。
信号分析仪：同时执行频谱分析仪和矢量信号分析仪的功能。
频谱分析仪常见问题解答：1、是否有不同类型的频谱分析仪？有两类频谱分析仪，类型由获取信号频谱所使用的方法决定。
扫描调谐频谱分析仪使用超外差式接收机对一部分输入信号频谱进行下变频（使用电压控制振荡器和混频器），达到带通滤波器的中心频率。
采用超外差式体系结构的电压控制振荡器在一系列频率上进行扫描，支持仪器完整频率范围的假设。
快速傅立叶变换（FFT）分析仪计算离散傅立叶变换（DFT），这个数学过程可将输入信号的波形转换成其频谱分量。
2、我何时应使用台式频谱分析仪而不是手持式频谱分析仪？台式频谱和信号分析仪提供卓越的技术指标和测量应用软件，而手持式频谱分析仪更适合现场工程师使用。
3、频谱分析仪能否得到实时结果？可以，实时频谱分析仪使用了混合方法，即首先使用超外差技术将输入信号下变频到较低频率，然后使用FFT 技术对其进行分析。
4、我能否使用频谱分析仪对信号进行解调？通过将频谱分析仪或信号分析仪与Agilent89600VSA 灵活调制分析软件或测量应用软件结合使用，您能够解调广泛的标准和通用数字信号与制式。
5、安捷伦提供什么类型的频谱分析仪？安捷伦提供广泛的信号分析仪产品，包括扫描调。
信号常用仪表的使用方法
第三季度
高精度和高灵敏度
智能化和自动化
多功能化
网络化
随着电子设备和系统性能的提高，对信号常用仪表的测量精度和灵敏度要求也越来越高。未来，高精度和高灵敏度的信号常用仪表将会成为主流。
随着人工智能和自动化技术的发展，智能化和自动化的信号常用仪表将会逐渐普及，能够实现自动识别、自动测量和自动控制等功能。
为了满足不同领域的需求，信号常用仪表正朝着多功能化的方向发展，如同时具备示波器、频谱分析仪、信号发生器和功率计等多种功能。
通信系统调试
频谱分析仪 矢量信号分析仪 误码率测试仪 逻辑分析仪 用于测试通信信号的频谱特性，确保信号质量。 用于分析调制信号的参数，如幅度、相位、频率等。 用于测试通信系统的误码率，评估数据传输质量。 用于分析通信协议的时序关系，确保数据传输正确。
音频处理与录音
用于分析音频信号的参数，如频率、响度、动态范围等。
根据需要测量的信号类型和频率范围，设置频谱分析仪的参数，如中心频率、带宽、分辨率带宽等。
存储和导出数据
频谱分析仪通常具有数据存储和导出功能，可以将测量结果保存到计算机或通过网络传输。
观察频谱图
打开信号源，调整频谱分析仪的参数，观察频谱图，并记录测量结果。
连接信号源
将频谱分析仪的输入端连接到信号源上，确保信号源和频谱分析仪之间的连接稳定。
相位计
用于测量雷达或卫星信号的相位差，判断目标物的距离和角度。
时域分析仪
用于分析雷达或卫星信号的时间特性，判断目标物的速度和加速度。
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信号常用仪表的使用方法
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矢量信号分析仪的使用及参数分析
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６—０ ８—２ ３
计量 与Ｉ 科试 技术》 ２ ０ １ ６丰 第４ ３基 第Ｊ ２期
３ 显 示方 式
矢量信 号分 析仪 除 了定 性 的 图形 化 显 示 外 ， 还 可 以 定 量对 调 制 参 数 进 行 分 析 输 出 ， 给出调制质量参数表。 调 制质 量参 数 的定 义如 下 图 ３所 示 ， 矢 量 信 号 分 析仪 通 过 比较 测量 信 号和 内部产 生 的理想 参考 信号来 计算 调制
用矢量 信 号分 析 仪测 试 一 个 数 字调 制信 号 ， 需 要 对 矢 量信 号分 析仪进 行与 调制 信号 相 对应 的解调 参数 的设
解 凋 …相应 的信 号 ， 我 们 设 置调 制方 式 为 Ｑ Ｐ Ｓ Ｋ， 码 速率
为３ ． ８ ４ Ｍｂ ｐ ｓ ， 选 择 根 生 余 弦滤 波 器 ， 滤波系数 为 ０ ． ２ ２ 。
内中周电子科技集 团第 ４ １ 研 究所研 制 的 Ａ Ｖ ５ ２ ６ ４ 型 矢量 信号分析仪 ， 等均实现了调制信 号分析的功能。
对 于不 同厂商 ， 不 同型号 的仪 器 ， 在使 用上 可能 存在 差异 ， 但在参数配置和调制信号分析功能上 ， 都 大 同 小
异 。作 为矢 量信 号分 析仪 ， 具 有 时域 分析 、 频域 分 析和 调
伴随 数字通 信技 术 的发 展 ， 调 制 信 号分 析 测 试 需 求 的提 升 ， 对于 能精确 测 量 和分 析 调 制 信 号 的矢 量信 号 分
析 的需求 也越来越 明 显。 为此 ， 全 球 ห้องสมุดไป่ตู้ 大仪 器 厂 商也 纷
频谱分析仪的分类
频谱分析仪的分类频谱分析仪是一种常用的电子测试仪器，主要用于测量信号的频谱特性。
它可帮助工程师对电路、通信系统、音频和视频信号进行测试和调试。
频谱分析仪按照使用场景、功能和技术原理等多个方面进行分类。
本文将介绍常见的几种频谱分析仪分类。
按照使用场景分类实时频谱分析仪实时频谱分析仪（RTSA）可在非常短的时间内捕捉宽带的信号，并以高速率提供精细的频谱分析。
这种频谱分析仪可帮助验证无线系统的正确性，检测干扰源和跟踪无线信号。
实时频谱分析仪通常具有非常高的样本率，以及长时间的连续测量。
扫描频谱分析仪扫描频谱分析仪（SSA）是一种经典频谱分析仪，其设计主要是为了展示和分析频谱的性质。
扫描频谱分析仪具有简单的用户界面和操作方法，通过扫描整个频率范围来获得信号频谱分量的幅度和相位信息。
它适用于测量信号的谐波、噪声和杂散分量等。
矢量网络分析仪矢量网络分析仪（VNA）主要是用于测量高频电路中的S参数或Y参数，包括接口的反射和传输特性。
VNA能够测量散射参数并计算出网络的各种特性，如阻抗、VSWR，以及信号的传输损耗和反射损耗等。
按照技术原理分类超外差频谱分析仪超外差频谱分析仪（HSA）利用了构成频带混频器的倍频机理，可以扩大波特率和测量范围。
它具有很高的灵敏度和分辨率，经常用于射频和微波频段的测量。
该技术可以实现频谱观察和多轨道记录。
混频频谱分析仪混频频谱分析仪（PSA）涉及到复杂的运算和调制，但相对于常规输入电路而言，其频率响应曲线更加平坦。
PSA使用小型的混频器在下变频之前将输入信号变成低频信号，该技术相对于其他频谱测量技术而言，可提供更高的精度和分辨率。
FFT频谱分析仪FFT频谱分析仪是一种基于快速傅里叶变换（FFT）的频谱测量仪。
FFT频谱分析仪可以接受低频到射频范围内的不同信号，并将其转换为频谱分量，以确定信号的幅度和相位。
FFT频谱分析仪具有较高的FFT速度和精度，广泛应用于信号和系统分析、信号源搜索等领域。
频谱分析仪和网络分析仪对比
在实验室和车间最常用的信号测试仪器是电子示波器。
人的思维对时间概念比较敏感,每时每刻都与时域事件发生联系,但是信号往往以频率形式出现,用示波器观察最简单的调幅载波信号也不方便,往往显示载波时看不清调制仪,屏幕上获得的是三条谱线,即载频和在载频左右的调制频。
调制方式越复杂,电子示波器越难显示,频谱分析器的表达能力强,频谱分析仪是名副其实的频域仪器的代表。
沟通时间一频率的数字表达方法就是傅里叶变换,它把时间信号分解成正弦和余弦曲线的叠加,完成信号由时间域转换到频率域的过程。
早期的频谱分析仪实质上是一台扫频接收机,输入信号与本地振荡信号在混频器变频后,经过一组并联的不同中心频率的带通滤波器,使输入信号显示在一组带通滤波器限定的频率轴上。
显然,由于带通滤波器由无源元件构成,频谱分析器整体上显得很笨重,而且频率分辨率不高。
既然傅里叶变换可把输入信号分解成分立的频率分量,同样可起着滤波器类似的作用,借助快速傅里叶变换电路代替低通滤波器,使频谱分析仪的构成简化,分辨率增高,测量时间缩短,扫频范围扩大,这就是现代频谱分析仪的优点了。
矢量信号分析仪是在预定,频率范围内自动测量电路增益与相应的仪器,它有内部的扫频频率源或可控制的外部信号源。
其功能是测量对输入该扫频信号的被测电路的增益与相位,因而它的电路结构与频谱分析仪相似。
频谱分析仪需要测量未知的和任意的输入频率,矢量信号分析仪则只测量自身的或受控的已知频率;频谱分析仪只测量输入信号的幅度(标量仪器),矢量信号分析仪则测量输入信号的幅度和相位(矢量仪器)。
由此可见,矢量信号分析仪的电路结构比频谱分析仪复杂,价位也较高。
现代的矢量信号分析仪也采用快速傅里叶变换,以下介绍它们的异同。
频谱分析议和FFT颁谱分析议传统的频谱分析仪的电路是在一定带宽内可调谐的接收机,输入信号经下变频后由低通滤器输出,滤波输出作为垂直分量,频率作为水平分量,在示波器屏幕上绘出坐标图,就是输入信号的频谱图。
频谱分析仪介绍 —— 精简版
混频器Mixer 中频增益 IF Gain
中频滤波器 IF Filter 对数放大器 Log AMP 包络检波器 Envelope Detector 视频滤波器 Video Filter
扫描发生器 Sweep Generator
显示 Display 本振 Local Oscillator 参考振荡器 Reference Oscillator 本振单元
-105dBc/Hz @ offset 10KHz, 1GHz 0~40 dB（1 dB steps）
-141dBm/Hz（3GHz处）
–105 dBm
技术
RSA500 系列实时频谱分析仪
频率范围：9kHz ~ 3GHz 实时带宽：40 MHz
数字荧光频谱技术DPX
每秒数万次频谱测量，写入位图（bitmap），然后以看得到的速率 传输到屏幕上。
TektronixMDO4000
50kHz ~ 3GHz
Ceyear4037MA
9KHz ~ 3GHz
20Hz ~ 10MHz –95dBc/Hz@ offset 100 kHz 用户不可调 –148 dBm/Hz（3 GHz处） 8bit –78 dBm
10Hz ~ 5MHz， 1/2/3/5步进
采用窄带频 域测量较时 域测量具有 更高的灵敏 度，更少的 噪声量
优势
可以避开较 强的基频和 其它强干扰 信号 多重信号在 频域中比在 时域中更容 易分离
频域测量
某些系统 （如FDM， 频分多路 复用）原 本就与频 域相关
频谱仪原理
Part
2
扫频式频谱仪工作原理
预选/低通滤波器 Preselect / Low-pass Filter RF输入衰减器 Attenuator 输入信号
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25
• – – • • – – – – –
26 confidential
• •
– – – AM,FM,PM, Pulse I Q / TDMA CDMA
•
• •
27 confidential
“
EMod(t) = EC(t) . cos(wC(t).t + FC(t))
AM FM FM
Anritsu Basic Training Material
•
…
2
confidential
3 confidential
•
(FFT)
(
)
A
f1
confidential
f2
f
4
A
f1
confidential
f2
f
5
•
6 confidential
•, dBc 0 , -d Nhomakorabeac32 confidential
Angle Modulation
UMod(t) = UC(t) . cos(wC(t).t + FC(t))
f(t) = d F(t) / dt
FM Time Domain Frequency Domain ÛC t fC f
F
FM Phase Domain
+DFC -DFC f + D fC fC - D fC
时间域
频率域
相位域
ÛC
ÛC UC UC f t fC
confidential
Amplitude Modulation
• [1+mcos(ѡmt)] Acos(ѡct) =
• E(t)=[1+mcos(ѡmt)]cos(ѡct) cos(ѡct)+(m/2)cos(ѡct-ѡmt)+(m/2)cos(ѡct+ѡmt) • cos(ѡct-ѡmt) cos(ѡct+ѡmt) ѡm • cos(ѡct) • <1/3
Filtering
Unfiltered
confidential
Filtered
41
EVM
EVM? Error Vector Magnitude(EVM) ,
EVM
EVM EVM
42 confidential
DELAY:-1.318ms FREQ:862.126 600MHz
TIME SPAN:1.9ms
23
confidential
GATE
time
Frequency
24 confidential
DUT
RF in
IF
CRT Display
DUT
LO
TG out
Tracking Adjust
Tracking Generator
0 - 5 - 10 - 15 - 20 - 25 - 30 - 35 - 40 - 45 - 50
RLV:- 54.1dBm
AT 15dB# TS 1.9ms
RBt 10kHz# VBt 30kHz# POWER
T:SMP
POWER(dBm):- 67.08dBm POWER(W) :196pW
“10” “0” 90º “00”
“1” 180º
“0” 0º
I
“11”
“01”
confidential
QPSK - Modulator
I-Channel
Q RF-In I
0/180°
0°
S
90°
0/180°
RF-Out
Q-Channel
confidential
confidential
QPSK 相位域
A B C D
Serial/Parallel Conversion DiBits
I(t) A B C D Q(t) Symbol rate fBit 2
1 2 3 4 5 6 7 t Bit rate, Data rate fBit
Q
Bit Sequence 1. 2. 0 1 1 0 0 0 1 1 Dibits I Q 0 1 1 0 0 0 1 1 Transmitted Phase 45º 135º 225º 315º (D) (A) (C) (B)
f
ÛC
M = Df / fmod
confidential
Vector modulation
• • IQ I(t) , • E(t)=I(t)cos(ѡct)+Q(t)cos(ѡct-90) = I(t)cos(ѡct)+Q(t)sin(ѡct) ={[I(t)]2+Q[t]2}1/2cos(ѡct-TAN-1(Q(t)/I(t)) cos(ѡct) , Q(t) cos(ѡct-90)
34 confidential
Conventional Modulation
Keying
Digital Modulation
AM
0
1
0
1
0
0
1
FM
0
1
0
1
0
0
1
ASK U
PSK U t 0 1 0 1 0 0 1
FM
UMod(t) = UC(t) . cos(wC(t).t + FC(t))
FM
FSK U t
m Û 2 C m Û 2 C
Umin
fC ÛC
m = UC / ÛC = (Umax - Umin) / 2 • ÛC
confidential
Angle Modulation
• • • • frequency modulation (FM) and phase modulation (ØM) 都是角度调制 频率：Ѡ(t)=d[ϕ(t)]/dt, 相角：ϕ(t)=∫ Ѡ(t)dt Ѡ(t)= Ѡc+ ΔѠpk f(t) E(t)=cos[ѡct+(Δ Ѡ pk/ Ѡ m)sin Ѡmt] =J0(β)cos Ѡct-J1(β)[cos(Ѡc-Ѡm)t+ cos(Ѡc+Ѡm)t]-J2(β) )[cos(Ѡc-2Ѡm)t+ cos(Ѡc+2Ѡm)t]-J3(β) )[cos(Ѡc3Ѡm)t+ cos(Ѡc+3Ѡm)t]-…… • 调制指数：β = Δ Ѡ pk/ Ѡ m
-20
RBW=10KHz
.
-40
TOI
RBW=1KHz
-60 -80
-100 -60 -30 0 +30
(dBm)=
(dB)
(dBm)confidential
7
•
-105 -107 DISTORTION, dBc -109
-111
Potential Dynamic Range
-113 -115 -90 -60 -30 0
Mixer Level(dBm)
8 confidential
• • • • •
RBW VBW
9 confidential
•
(
)RBW
3 dB 3 dB BW
Mixer
LO
/ (RBW)
RBW
10 confidential
•
RBW
11 confidential
•
RBW
10 kHz RBW 3 dB
: -69.86dBm/ch
19 confidential
2
X
N dB
99
3dB
: 246.4 kHz
20 confidential
ACPR
: L1:-70.74 U1:-70.74 L2:-78.47 U2:-78.31
21 confidential
-13.52dBm
22 confidential
29 confidential
m
• : E(t)=[1+mcos(ѡmt)]cos(ѡct) • m=(Ec-Emin)/Ec=(Emax-Ec)/Ec=(Emax-Emin)/(Emax+Emin) • : m/2=Esb/Ec • log m – log 2 = log Esb – log Ec • m(dB)= -[Ec(dB)-Esb(dB)-6dB]
10 kHz
12
confidential
•
RBW
RBW = 1 kHz
RBW = 10 kHz
3 dB
7.5 kHz
60 dB
60 dB BW = 15 kHz 10 kHz 10 kHz
13
confidential
•
RBW
14 confidential
•
RBW
(dB) = 10 log(RBW
30 confidential
Amplitude Modulation
UMod(t) = UC(t) . cos(wC(t).t + FC(t))
AM Time Domain UC Umax
ÛC
Frequency Domain ÛC UC
m Û 2 C m Û 2 C
Phase Domain UAM
)/(RBW
)
100 kHz RBW
10 dB
10 dB
10 kHz RBW
1 kHz RBW
RBW =
confidential
15
16 confidential