频谱分析仪常用测量
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7
FFT频域法 – 频谱分析仪在时域波形上用快速傅氏变换（FFT） 功能可得到对载波归一化的信号频谱。
MARKER 1kHz - 26dB
dB
fm
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8
FFT的幅度精度可以达到±0.2dB，这比扫频频域法 好得多。 FFT的频率精度主要取决于扫描时间准确度。 频谱分析仪的扫描时间准确度一般为±20％，这就 限制了FFT频率准确度不超过±20％。
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23
AM/FM 解调----驱动扬声器
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24
A（ω） 理想信号 谐波
分谐波
谱密度
寄生
实际信号
ω
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25
谐波失真测量
• 方法一 – 设置频谱分析仪的起始频率略小于基波频率。 – 设置频谱分析仪的终止频率略大于被测n次谐波频 率。 – 减小视频带宽，平滑噪声。 – 为提高测量精度，设置基波峰值电平值为参考电平。 – 使用频标和频标差值△可以直接读出谐波失真值。
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1
频谱分析仪测量
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2
频谱仪的基本应用
调制信号测量 调幅信号 调幅信号 调频信号 调频信号 脉冲调制信号 脉冲调制信号
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
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5
时域法 – 将频谱分析仪设置为点频接收机，分辨率带宽 大于调制率，利用频谱分析仪的检波器将包络 解调出来。频谱分析仪设置如下：
• • • • （1）最宽的分辨率带宽（包括所有频谱分量）； （2）最宽的视频带宽（防止平滑）； （3）线性显示方式； （4）零跨度（频标读出的是时间而不是频率）。
3
调幅信号测量
扫频法 – 当频谱分析仪的剩余调频小于调制频率时，频谱分 析仪用扫频法可得到调制信号的载波和边带。
– 载波和边带的频率间隔就是调制频率fm。
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4
调幅度为：
AM% = 200 × 10
− ΔdB 20
%
△dB为载波信号 和调制信号的幅度差。
扫频法测量调幅信号
12
调频信号 调频信号
Haberly法测宽带调频
85.7mv 39.76mv
99.88mv
n-1 n n+1
2 1
3 Vn+1<Vn<Vn-1
按照规则计算宽带调频参数： 按照规则计算宽带调频参数： 寻找三个邻近边带，其幅度随距载波愈远而依次减小 寻找三个邻近边带，其幅度随距载波愈远而依次减小 对数方式，用电压单位 对数方式，用电压单位 从离开载波算起确定N值，第一对边带N=1，第二对N=2 从离开载波算起确定N值，第一对边带N=1，第二对N=2 β = 2 n V /(V n-1+V n+1 β = 2 n V nn/(V n-1+V n+1))
21
射频脉冲调制信号的测试
频谱仪的频域测试法
• 采用窄带测试法 • 频谱仪RBW<脉冲重复频率 • 通过测量包络零点和谱线间隔的 方式测量脉冲宽度和脉冲周期
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脉冲调制信号 脉冲调制信号
脉冲调制宽带测量
RBW>>PRF
1 T=
主瓣宽度
2
主瓣宽度
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10
调频信号 调频信号
频域法测量调频信号
MARKER Δ 1.0 kHz -40dB
舍弃相位信息
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11
调频信号 调频信号
Bessel函数法测调频信号
MARKER Δ 100Hz
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τ
2
t
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射频脉冲调制信号
x
=
• 射频脉冲是一周期脉冲信号与一连续波信号相乘 的结果
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射频脉冲调制信号
• 时域下的相乘 =频域下的卷积
•
A t
A t
A t
A
A
A
f
fc
f
fc
f
脉冲的频谱被连续波频率搬移
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16
射频脉冲调制信号的应用
Taret e.g. aircraft reflected RF pulse (echo)
transmitted RF pulse
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射频脉冲调制信号的测试
高速示波器法
利用高速采样，实现对脉冲载波信号 测量 测量参数包括： 脉冲峰值电平 脉冲宽度 脉冲周期， 上升下降沿特性 脉冲过冲 开关比
时域方法
• 精度差，对低调制指数灵敏度低，然而对语音和噪声的调制解调 就非常有用的。
FFT频域方法
• 使普通的频谱分析仪可以进行精确的AM测量，对于调制率小于 5kHz的调幅波，不论低档、中档或是高档频谱分析仪，都可以加 入适当的软件进行FFT测量。此方法具有幅度精度、频率分辨率、 速度、FM抑制等优势。
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射频脉冲调制信号的测试
峰值功率计法 采用宽带检波二极 管技术 测量参数： 脉冲峰值功率 平均功率 脉冲宽度 脉冲周期， 上升下降沿特性 脉冲过冲 开关比
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射频脉冲调制信号的测试
频谱仪的时域测试法 • 采用零扫宽（span） 状态，测量脉冲时域 特性 • 频谱仪的最大RBW 决定测量最窄脉冲的 能力。
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时域法测量调幅信号
Marker△ 0.818
Emax
T
Emin
Emax − Emin 1 − Emin / Emax m= = Emax + Emin 1 + Emin / Emax
可以看出，将频谱分析仪设置为零跨度，频谱分 析仪就是一个频率可选择的示波器，带宽等于最宽的 分辨率带宽。
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△
△
交调失真频谱显示
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谐波失真示意图
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谐波失真测量
• 方法二 – 搜索峰值信号，打开频标跟踪功能，减小扫宽。 – 设置中心频率步进量为基波信号频率值，调整参 考电平。 – 使用频标差值△功能。 – 使用频率步进功能，将中心频率改变到二次谐波 处。 – 调整谐波峰值至参考电平，读出谐波失真值。
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谐波失真示意图
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三阶交调失真测量
• 由交调失真的定义可知，交调是有双音信号互 相调制产生
测量系统连接框图
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测试仪器的参数可以按以下步骤调整： 1.设置具有固定频差的两路信号源，使得输入频谱分 析仪的信号幅度相等。 2.设置频谱分析仪的中心频率为两个信号的平均频率。 3. 设置频谱分析仪的中心扫宽约为两个信号频差的5 倍。 4.将源信号峰值置于参考电平处，设置混频器输入电 平优化动态范围。 5.减小分辨带宽和视频带宽至可以看到失真产物。
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周期脉冲信号的频谱特性
A τ sin( n ω 0 τ 2 ) F ( nω ) = • 0 T nω τ 2 0
最大值n＝0处，为A*τ/T 由无穷谐波组成，谐波间隔为1/T 第一零点位置为1/τ
−
1
0
1
τ
τ
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周期脉冲信号
• 周期矩形脉冲信号f(t)的脉冲宽度为τ，脉冲幅度为A， 周期为T，在一个周期内的表达式为：
τ ⎧ ⎪ A, t ≤ 2 ⎪ f (t ) = ⎨ ⎪ τ ⎪0, t > 2 ⎩
f(t) A
τ
2
−T −
−T +
τ
2
−
τ
2
τ
2
T−
τ
2
T+
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几种AM信号测量方法的优缺点
扫频方法
• 可得到最好的绝对和相对频率准确度，但该方法通常需要一台高 档的频谱分析仪。例如，调制率小于1kHz时，需要100Hz的分辨 率带宽；如果调制率小于100Hz，就需要10Hz的分辨率带宽，这 就是一台高档的频谱分析仪了。
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FFT频域法 – 频谱分析仪在时域波形上用快速傅氏变换（FFT） 功能可得到对载波归一化的信号频谱。
MARKER 1kHz - 26dB
dB
fm
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FFT的幅度精度可以达到±0.2dB，这比扫频频域法 好得多。 FFT的频率精度主要取决于扫描时间准确度。 频谱分析仪的扫描时间准确度一般为±20％，这就 限制了FFT频率准确度不超过±20％。
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AM/FM 解调----驱动扬声器
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A（ω） 理想信号 谐波
分谐波
谱密度
寄生
实际信号
ω
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谐波失真测量
• 方法一 – 设置频谱分析仪的起始频率略小于基波频率。 – 设置频谱分析仪的终止频率略大于被测n次谐波频 率。 – 减小视频带宽，平滑噪声。 – 为提高测量精度，设置基波峰值电平值为参考电平。 – 使用频标和频标差值△可以直接读出谐波失真值。
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频谱分析仪测量
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频谱仪的基本应用
调制信号测量 调幅信号 调幅信号 调频信号 调频信号 脉冲调制信号 脉冲调制信号
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
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时域法 – 将频谱分析仪设置为点频接收机，分辨率带宽 大于调制率，利用频谱分析仪的检波器将包络 解调出来。频谱分析仪设置如下：
• • • • （1）最宽的分辨率带宽（包括所有频谱分量）； （2）最宽的视频带宽（防止平滑）； （3）线性显示方式； （4）零跨度（频标读出的是时间而不是频率）。
3
调幅信号测量
扫频法 – 当频谱分析仪的剩余调频小于调制频率时，频谱分 析仪用扫频法可得到调制信号的载波和边带。
– 载波和边带的频率间隔就是调制频率fm。
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调幅度为：
AM% = 200 × 10
− ΔdB 20
%
△dB为载波信号 和调制信号的幅度差。
扫频法测量调幅信号
12
调频信号 调频信号
Haberly法测宽带调频
85.7mv 39.76mv
99.88mv
n-1 n n+1
2 1
3 Vn+1<Vn<Vn-1
按照规则计算宽带调频参数： 按照规则计算宽带调频参数： 寻找三个邻近边带，其幅度随距载波愈远而依次减小 寻找三个邻近边带，其幅度随距载波愈远而依次减小 对数方式，用电压单位 对数方式，用电压单位 从离开载波算起确定N值，第一对边带N=1，第二对N=2 从离开载波算起确定N值，第一对边带N=1，第二对N=2 β = 2 n V /(V n-1+V n+1 β = 2 n V nn/(V n-1+V n+1))
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射频脉冲调制信号的测试
频谱仪的频域测试法
• 采用窄带测试法 • 频谱仪RBW<脉冲重复频率 • 通过测量包络零点和谱线间隔的 方式测量脉冲宽度和脉冲周期
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脉冲调制信号 脉冲调制信号
脉冲调制宽带测量
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1 T=
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主瓣宽度
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调频信号 调频信号
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MARKER Δ 1.0 kHz -40dB
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调频信号 调频信号
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• 射频脉冲是一周期脉冲信号与一连续波信号相乘 的结果
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射频脉冲调制信号
• 时域下的相乘 =频域下的卷积
•
A t
A t
A t
A
A
A
f
fc
f
fc
f
脉冲的频谱被连续波频率搬移
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射频脉冲调制信号的应用
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transmitted RF pulse
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射频脉冲调制信号的测试
高速示波器法
利用高速采样，实现对脉冲载波信号 测量 测量参数包括： 脉冲峰值电平 脉冲宽度 脉冲周期， 上升下降沿特性 脉冲过冲 开关比
时域方法
• 精度差，对低调制指数灵敏度低，然而对语音和噪声的调制解调 就非常有用的。
FFT频域方法
• 使普通的频谱分析仪可以进行精确的AM测量，对于调制率小于 5kHz的调幅波，不论低档、中档或是高档频谱分析仪，都可以加 入适当的软件进行FFT测量。此方法具有幅度精度、频率分辨率、 速度、FM抑制等优势。
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射频脉冲调制信号的测试
峰值功率计法 采用宽带检波二极 管技术 测量参数： 脉冲峰值功率 平均功率 脉冲宽度 脉冲周期， 上升下降沿特性 脉冲过冲 开关比
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射频脉冲调制信号的测试
频谱仪的时域测试法 • 采用零扫宽（span） 状态，测量脉冲时域 特性 • 频谱仪的最大RBW 决定测量最窄脉冲的 能力。
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时域法测量调幅信号
Marker△ 0.818
Emax
T
Emin
Emax − Emin 1 − Emin / Emax m= = Emax + Emin 1 + Emin / Emax
可以看出，将频谱分析仪设置为零跨度，频谱分 析仪就是一个频率可选择的示波器，带宽等于最宽的 分辨率带宽。
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谐波失真测量
• 方法二 – 搜索峰值信号，打开频标跟踪功能，减小扫宽。 – 设置中心频率步进量为基波信号频率值，调整参 考电平。 – 使用频标差值△功能。 – 使用频率步进功能，将中心频率改变到二次谐波 处。 – 调整谐波峰值至参考电平，读出谐波失真值。
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谐波失真示意图
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三阶交调失真测量
• 由交调失真的定义可知，交调是有双音信号互 相调制产生
测量系统连接框图
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测试仪器的参数可以按以下步骤调整： 1.设置具有固定频差的两路信号源，使得输入频谱分 析仪的信号幅度相等。 2.设置频谱分析仪的中心频率为两个信号的平均频率。 3. 设置频谱分析仪的中心扫宽约为两个信号频差的5 倍。 4.将源信号峰值置于参考电平处，设置混频器输入电 平优化动态范围。 5.减小分辨带宽和视频带宽至可以看到失真产物。
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周期脉冲信号的频谱特性
A τ sin( n ω 0 τ 2 ) F ( nω ) = • 0 T nω τ 2 0
最大值n＝0处，为A*τ/T 由无穷谐波组成，谐波间隔为1/T 第一零点位置为1/τ
−
1
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1
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周期脉冲信号
• 周期矩形脉冲信号f(t)的脉冲宽度为τ，脉冲幅度为A， 周期为T，在一个周期内的表达式为：
τ ⎧ ⎪ A, t ≤ 2 ⎪ f (t ) = ⎨ ⎪ τ ⎪0, t > 2 ⎩
f(t) A
τ
2
−T −
−T +
τ
2
−
τ
2
τ
2
T−
τ
2
T+
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几种AM信号测量方法的优缺点
扫频方法
• 可得到最好的绝对和相对频率准确度，但该方法通常需要一台高 档的频谱分析仪。例如，调制率小于1kHz时，需要100Hz的分辨 率带宽；如果调制率小于100Hz，就需要10Hz的分辨率带宽，这 就是一台高档的频谱分析仪了。