频谱分析仪计量检定

扫描速度
单位时间内的扫频宽度，等于扫频
宽度除以扫频时间。
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测量时间
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中频放大电路
中频电路部分包括可变增益中放电路、分辨带宽选择电路、过 载检测和幅度控制电路等。
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显示电路
线性/对数放大电路、检波电路（解调电路）、视频滤波电路、 数字化处理电路和显示器等。
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等幅信号的频谱
等幅信号的时域和频域表示为：
vc (t ) E cos ct
s( ) E [ ( c ) ( c )]
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调幅信号的频谱
调幅信号的时域和频域表示为：
v AM (t ) E (1 M A cos t ) cos ct
必需对其各项参数进行定期的测试和校准，必要时还 要进行调整。通常是通过对频谱仪的检定来完成该项 工作的。
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频谱分析仪的检定参数
一、与频率有关的参数 （一）工作频率范围： （二）扫频宽度： （三）扫频时间： （四）扫频速度： （五）测量时间： （六）分辨带宽： （七）视在带宽 （八）最佳动态分辨带宽Bod： （九）残余调频： （十）视频带宽： （十一）谱线显示： 二、与幅度有关的参数 （一）最大允许输入电平 （二）噪声系数 （三）灵敏度 （四）参考电平 （五）增益压缩点 （六）动态范围 （七）幅度准确度
s ( ) E [ ( c ) ( c )] 1 M A E [ ( c ) ( c ) ( c ) ( c )] 2
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调角信号的频谱
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跟踪信号发生器
跟踪信号发生器的输出信号是由本振信号和中频信号混频产 生的，它和频谱分析仪的本振信号一一对应，同步调节。有了跟 踪信号源，频谱分析仪就可对两端口器件进行标量网络参数的分 析。
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频谱分析仪的检定
为确保频谱仪能工作在要求的性能指标状态下，
第十五篇 频谱分析仪计量
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频谱分析的基础理论知识
信号分析主要从三个方面进行，即时域、频域和调制域。频 域测量分析方法是观测信号幅度(V）或能量(V2)与频率的关系， 或者说测量分析信号所包含的频率成分的分布。频谱分析仪就是 分析信号频域特性的仪器。 当一个信号随时间作周期或准周期变化时，用傅里变换可以 表示成一个基波分量及许多谐波谐波分量之和的形式，基波及各
常用的频谱分析仪由射频前端电路、中频放大电路、显示电路、扫描 电路、校准信号源和微机控制电路等六大部分组成。
射频前端 电路
中频放大 电路
显示电路
扫描 电路 校准 信号源 频率控制 CPU 操作数据采集 CPU
从频率基准 来
I/O板
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射频前端电路
进行信号频率变化和幅度控制的电路通称为射频前端电路， 它保证了正确地接收信号。
次谐波按其频率高低的顺序排列就是信号的频谱。周期（或准周
期）性信号的频谱是由一组离散的线条组成的离散谱，又称为线 谱。
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一个周期函数f(t)在一个周期内只有有限个极点，只有有限个第一类间隔点（在这 种间隔点左右极限存在），而其余各处都是连续的，称这个函数满足了狄利赫勒 条件，它可以展成傅里叶级数：
i (t ) c k f f (t )
调频信号的时域表示式是：
vFM (t ) E cos[ c t k f f (t )dt]
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调制信号为单音余弦信号时调角信号的频谱
调相信号的时域表示为： 单音余弦波进行调频和调相时，其频 谱是相似的，用单音调频信号的分析来说
低通滤 波器
取样A/D
保 持 RAM
FFT
显示
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显示扫频型频谱分析仪
用扫描开关扫描，使显示器上轮换显示各滤波器的输出。
滤波器1 多 路 分 配 器 滤波器n 检波器n 滤波器2 检波器1 检波器2 显 示 器 扫描 开关
低通滤波器
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2ห้องสมุดไป่ตู้谐波响应：
当本振调到某个频率时，由于在混频器中产生谐波，频谱分 析仪就能对几个信号频率同时进行响应，在显示器上表现为同
一根响应线。
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扫频超外差型分析仪的缺点的解决方法
解决上述问题有两种方法，一种是在频谱分析仪中安装信号识别装置，能 很方便的识别输出信号与本振进行混频的模式n，从而在对应的频率标尺上 直接读出输入信号的频率。这种识别装置可以是手动的，而对于带有微处理
vPM (t ) E cos[ ct 0 p cos t ]
调频信号的时域表示为：
明角度调制信号。单音调频波的表示式：
v FM (t ) E cos[ c t 0 M F sin t ] k f a MF
Ω ωc
vFM (t ) E cos[ c t M F sin t ] E J n ( M F ) cos( c n)t
f (t )
E sin(n / T ) cos(2n / T )t T n / T n


周期脉冲的时域和频域图 a)时域图 b)频域图
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脉冲信号调幅信号
把周期脉冲调制在频率是的载波上，根据频谱搬移定理，可以得到用周期脉 冲调幅波的表示式：
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扫频宽度
扫频宽度又称为频率跨度，是指显示器水平轴起 止点相对应的频率之差。目前扫频宽度有两种表示法， 一种是全程（满屏）频率量值，一种是每格频率量值。 扫频方式可分为零宽度扫频、部分宽度扫频和全频段 扫频。全频段扫频是指扫描整个工作频率范围。有的
频谱分析仪不具备这种功能。（如扫中频和141T等分
主瓣 90.4% 第一对旁瓣 4.5% 第二对旁瓣 1.9% 第三对旁瓣 0.6%
平均功率
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频谱分析仪的类型
实时频谱分析仪
并联滤波器型分析仪（真正实时型）
快速傅里叶变换（FFT）式分析仪
扫频型频谱分析仪（扫频调谐型）
显示扫频型频谱分析仪 调谐滤波器型频谱分析仪 扫频超外差型分析仪
f (t ) a 0
[a
n 1

n
cos( n t ) b n sin( n t ) ]

2 2 f T
傅里叶级数还有其他表示形式，比较常用的是余弦表达式：
f (t ) a 0
C
n 1

n
cos( n t n )
Cn
1 2
2 a n b n2
段工作的频谱分析仪）
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扫描时间
从频谱分析仪显示屏水平轴最左端到最右端扫一
回所需的时间。也有两种表示方法，一种是全程（满
屏）扫描时间，一种是每格扫描时间。扫描时间主要
受分辨带宽滤波器的限制，因为这些中频滤波器是需
要充电和放电时间的频带受限电路。
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调谐滤波器型频谱分析仪
调谐滤波式频谱分析仪是通过在整个测量范围内移动 一个带通滤波器的中心频率及带宽来工作的。
检波器 调 谐 滤波器
扫描 电路
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扫频超外差型分析仪
它实际上是一个校准于正弦波均方根值的频率选择性峰 值响应电压表。把本振作为扫频器件，输出本振信号频率从 低到高输连续扫动，与输入的被测信号中各频谱分量逐个混 频，使之依次变为相对应的中频的频谱分量，经检波和视放 后显示在荧光屏上。
三、与频率和幅度都有关的参数及术语 （一）等效噪声带宽BN （二）幅度频率响应 （三）交调抑制度 （四）交流声边带 （五）噪声边带 （六）剩余响应
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工作频率范围
频谱分析仪能够满足所有规定性能的被测信号频率范
围。工作频率范围小于一个倍频程时称为窄带频谱分析仪。 频谱分析仪输入端的隔直流电容构成高通滤波器，其截止 频率决定了频谱分析仪工作频率范围的下限；而第一混频 器的频率响应性能，第一本振的扫频范围和输入低通滤波 器（或预选器）的截止频率，决定了频谱分析仪工作频率 范围的上限。
n
Ω ωc
Ω
2Ω
a)实际调频波频谱
b)频谱分析仪上观察到的频谱
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脉冲信号
脉冲信号这里指脉冲的上升（下降）时间是零、顶部平坦的周期脉冲。
T 0,当 t kT 时 2 2 ，k 0,1,2,3,.... f (t ) E ,当 t kT 时 2
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并联滤波器型分析仪
滤波器1 滤波器2
检波器1 检波器2
指示器1 指示器2
~
前置 宽带 放大器
多 路 分 配 器
滤波器n
检波器n
指示器n
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快速傅里叶变换式分析仪框图
快速傅里叶变换算法可以把某一时刻的时间函数f(t)转换为频域函数s(w)：
tg n
bn an
式中： T——信号周期，单位为s（秒）； n——正整数； f——信号的基波频率，单位为Hz； ω——称为角频率，单位为rad(弧度)。 由上述式子可看出，满足狄利赫勒条件的周期函数f(t)可用无限个幅度为Cn，角频率 为2πn/T的正弦振荡之和表示。
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衰 减 器 低通 中放 检波 视放
本振 扫描 发生器
显 示 器
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扫频超外差型分析仪的缺点 扫频超外差式频谱分析仪虽然有很多优点，但它有一个最 难解决的问题是真假信号的识别。 1.多次响应： 由于本振信号很大(如HP8590和HP8560的第一本振信号功率 为16dBm±2dB，所以混频器对本振信号而言是非线性工作状态 ，会产生的很多谐波。
E v(t ) T
sin(n / T ) n / T cos( c 2n / T )t n

周期脉冲调幅信号的频谱图
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期脉冲调幅信号的功率谱
频谱分析仪上显示的周期脉冲调幅信号的功率谱，其谱线分布相对于载频是 对称的。
当脉冲的占空比远小于1时，频谱的能量分布。
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微机控制电路
频谱分析仪是一台多功能的测量仪器，从前都采用硬件控制， 面板就十分拥挤，操作起来比较复杂，实现的功能却不多。采用 微处理器控制后就方便多了，前面板是一个小键盘，操作方式计 算机化，并提供很多功能为动态定义的键，大大提高了操作的灵 活性，操作过程大大简化。在显示器上还可直接读出各种测量结 果、频谱分析仪现在的工作状态和误操作警告等信息。
扫描电路
扫描电路是一个锯齿波发生器，它有两路或三路输出，一路 输出到显示部分的水平放大器，驱动显示器的水平偏转板，另一 路输出到第一本振的驱动器，设置中心频率和扫频宽度。当有预
选器时，扫频电路就把第三个输出电压送到预选器的驱动器，与
本振同步改变中心频率设置。整个过程都由频率控制CPU集中控制。
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器的频谱分析仪利用综合调谐程序自动完成识别。另一种方法就是使用跟踪
预选择性带通滤波器，把它安装在混频器之前，其中心频率和扫频频率同步 调谐，这就相当于把调谐滤波器式分析仪和扫频超外差式分析仪的优点合二
为一。
本文所涉及的频谱仪是扫频超外差型频谱仪。
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频谱分析仪的基本组成
调角信号可分为调相信号和调频信号两种： 调相信号的特点是，调制信号线性地改变载波相位，即：
(t ) ct 0 k p f (t )
调相信号的时域表示式是：
vPM (t ) E cos[ ct 0 k p f (t )]
调频信号的特点是，调制信号线性地改变载波的瞬时频率，即：