频谱分析仪培训资料-1(new)

Professional Agilent Instrument Distributor
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信号与频谱分析基本概念
失真信号频谱：测量谐波失真、非线性失真
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信号与频谱分析基本概念
“频谱”定义
RF 3-6 GHz
Microwave
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信号与频谱分析基本概念
频谱分析
•显示和测量电信号的频率和幅值
•将复杂信号分离或者解调为频率和幅值不同的正弦波
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信号与频谱分析基本概念
• 周期信号
-单载波信号 -扫描信号
• 非周期信号 -噪声信号
-瞬态信号
• 调制信号
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频谱分析仪工作原理
---中频滤波器
RBW是可调的，其可影响频率选择性、 信噪比 、测试速度
中频滤波器
输入信号频率分布 中频滤波器带宽
(RBW)
频谱分析仪显示
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频谱分析仪工作原理
---包络检波器
将中频信号转换为基带信号或视频信号
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RBW 对频谱仪分辨率的影响
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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
频谱分析仪动态范围指标定义
+30 dBm 频谱仪最大输入电平 -10 dBm 混频器压缩电平
-35 dBm
仪表显示范围 功率测量范围
三阶失真 -45 dBm 二阶失真
80 dB
145 dB
信号／噪声范围 105 dB 三阶失真测试动态范围
0 dBc 噪声电平
仪表噪声电平随 衰减器设值和 ＲＢＷ而变化
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提高频率测量精度的方法:
计数器功能
计数器方式下, 频谱仪频率测量值与扫宽无
关
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完整的频谱分析仪组合
PSA Series MXA ESA series
新
CSA
性能
价格
• N9320A - 更快速、更经济地进行射频分析
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频谱分析仪基础
N9320B Agilent 频谱分析仪
世强电讯
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内容
• 基本理论
– 信号与频谱分析基本概念 – 频谱分析仪工作原理 – 频谱分析仪指标 – 影响频谱分析仪性能的因素
• 频谱仪产品特点及应用
– Agilent 频谱仪产品概览 – N9320A、N9320B的特点及应用
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频谱分析仪工作原理 混频器 ---混频器
输入
f sig
RF IF LO
f LO- f sig f sig f LO
f LO+ f sig
通过混频器获得本振信号和输入信号的差频信号
f LO
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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 减小VBW有利于噪 声背境下CW信号 检测
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频谱分析仪性能指标 ---内部失真
< -50 dBc
< -40 dBc
-模拟调制 -数字调制
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信号与频谱分析基本概念
周期信号的频谱分析
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信号与频谱分析基本概念
模拟调制信号频谱：测量AM、FM、PM的调制指数和调制频率等
Before detector
After detector
包络检波器
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频谱分析仪工作原理---检波方式
包络检波器
数字化检波类型
*采样仓 正向检波：显示最大值 负向检波：显示最小值 采样检波：显示中值
ADC, 显示 和视频处理
80 dB
二阶失真测试动态范围 70 dB 仪表相位噪声影响测试动态范围 60 dBc/1kHz
-115 dBm (1 kHz BW & 0 dB ATTENUATION)
频谱仪平均噪声电平
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提高频谱仪灵敏度的方法
< -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
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频谱分析仪产生内部失真的原因
混频器及其它处理过程的非线性作用
混频信号
混频器输出信号
被测信号
混频器产生失真成分
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频谱分析仪的主要性能指标
频率

工作频率范围-- 最大可以观察的频率范围
频率分辨率--分辨频率间隔信号能力 测量动态范围-- 同时测量大信号和小信号的能力


幅度

灵敏度--测量小信号能力 内部失真--测量大信号能力

测试精度 测试速度
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视频 滤波器
扫描控制器
参考 振荡器
显示结果
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频谱分析仪工作原理
---输入衰减器
防止混频器过载，增益压缩，畸变
输入衰减器
中频放大器
输入衰减器和中频放大器保持联动关系，中频放大器自动补 偿衰减作用，输入信号测量结果不会受衰减器设置的影响
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影响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 （带宽的选择性）
本振相位噪声
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RBW 是中频滤波器 3dB 带宽
单点频信号在频谱仪上测试显示结果为中频滤波器的频响形状
3 dB
3 dB BW
60 dB 60 dB BW 滤波器矩形系数 = 60 dB BW 3 dB BW
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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 内部失真大，噪声电平低
衰减器设值大时 内部失真小，噪声电平高
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衰减器设值大 噪声电平高
0dB
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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
10log---------RBW2
规律变化
RBW1
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3 dB
RBW = 10 kHz
失真成分
7.5 kHz
60 dB 60 dB BW = 15 kHz 10 kHz 10 kHz
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本振寄生调频对测量的影响
频谱仪的最小分辨率带宽，在一定程度上是由本振的稳定性决定的 寄生调频是描述本振稳定性的一个指标
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频谱分析仪的主要性能指标
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频谱仪的主要设置参数
• 频率显示范围 中心频率和频率跨度 起始频率和终止频率 • 电平显示范围 参考电平和量程跨度 • 频率分辨率 分辨带宽 • 扫描时间
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最小RBW设值 最小衰减器设值 减少VBW 前置放大器(增益Байду номын сангаас噪声系数）
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改变衰减器
来判断频谱仪测试结果的真实性
中频放大
改变衰减器设置
频谱仪显示结果变化？
输入衰减器
N Y
测试杂波或噪声有仪表内部产生成份
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扫频式频谱仪组成框图
频谱仪主要功能是显示和测量输入信号的频谱分布和幅值
RF输入 衰减器 中频 放大器 中频 滤波器 检波器
混频器
RF 输入 IF 对数 放大器
预选滤波器 / 低通滤波器
本振 （压控振荡器）
LO
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频谱仪测试灵敏度
混频器
检波器
输入 信号
中频滤波器
LO
扫描
频谱仪内部混频器及各级放大器会产生噪声， 通过检波器会反映为显示白噪声电平 (DANL)
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影响频谱仪灵敏度的因素
--- 衰减器设值
20dB 10dB
其它检波：常态检波、平均检波(真有效 值检波)
*扫描点
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频谱分析仪工作原理
---视频滤波器
视频滤波器
低通滤波器
视频滤波前信号被噪声所模糊
视频滤波后减少了噪声的峰-峰值变化
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Agilent 低价位频谱分析仪 N9320B
同级别中的高性能
最快 扫描速度 最窄 RBW(分辨率带宽）
测试杂波或噪声来源于被测设备
增加衰减器，直到显示的杂散不再变化为止
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提高频谱仪幅度测量精度的方法

内部自校 设置参考电平，使信号尽量接近参考电平位置 频响误差修正
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Millimeter
20-30 GHz
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信号与频谱分析基本概念
什么是dB？dBm?
V dB 2 0 lo g 1 V2 P dB 1 0 lo g 1 P2
相对量
P dBm 10log 1mW
绝对量
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信号与频谱分析基本概念
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信号与频谱分析基本概念
时域 vs. 频域
Amplitude (power)
时域
频域
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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
二阶
-40 -60 -80
三阶
混频器工作电平
-60 -30 0TOI
-100
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
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信号与频谱分析基本概念
数字调制信号频谱：测量信道功率、相邻信道功 率比、占用带宽等
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信号与频谱分析基本概念
噪声信号频谱：测量噪声功率、噪声频率分布
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本振相位噪声对测量的影响
本振相位噪声主要影响不同幅度的频率分量之间是否可以分辨 相位噪声显示和分辨率带宽RBW相关
本振相位噪声在频域上表现为信号频谱噪声边带
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