频谱分析仪基础知识分析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
频谱分析仪基础知识分析
❖下面将对频谱分析仪每个独立部件 的工作原理和相互之间的作用做详 细说明
频谱分析仪基础知识分析
低通滤波器
❖ 低通滤波器的主要作用是抑制镜像频率。下图是低中频频谱 分析仪输入频率与镜像频率范围的关系，如果输入频率范围 大于2IF，则两频率范围会重叠,所以要求输入滤波器在不影 响主信号的情况下抑制镜像抑制
频谱分析仪基础知识分析
幅度、频率显示原理
❖ 幅度显示原理： 经过中频滤波器的中频信号功率就是反应了输入信号的功率。检测
的方法就是用一个检波器，将它变为电压输出，体现在纵轴的幅度。当 然还要经过D/A转换和一些数据处理，加一些修正和一些对数、线性变 换。这足以Biblioteka Baidu我们带来信号分析上的许多方便。
❖ 频率显示原理： 频谱分析是要分析频域的。一个信号要分析两个参数，一是幅度，
二是频率。幅度已经得出，而频率和幅度要对应起来，在某一频率是什 么幅度。 如何与幅度对应起来。其实很简单。它是通过本振与扫描电压 对应起来的。本振是一个压流振荡器。本振信号是个扫描信号。扫描控 制是由扫描控制器来完成的。它同时控制显示器的横坐标。从左到右当 扫描电压在OV时，在显示器上是0点，对本振信号来说是F1点，即起始 频率点。当扫描电压到10V时，在显示器上是终止频率点，本振电压就 是在终止频率点，中间是线性的。通过这样的方法，使得显示器坐标的 每一点与本振F1、F2的每一点对应起来。射频信号是本振信号减去中频 信号21.4MHz。当我们操作频谱仪进行分析时，实际是在改变本振信号 的频率。
IM
频谱分析仪基础知识分析
衰减器
❖ 衰减器主要有三个作用 (1)保护频谱仪不受损坏：测量高电平信号时，为了不烧坏频谱
分析仪，必须对信号进行衰减； (2)高测试的准确性：混频器是非线性器件，当混频器输入信号
电平较高时，输出会产生许多产物，而且电平太高会干扰测 试结果，使无互调范围减小；当输入信号电平在混频器1dB 压缩点以上时，测试结果会不准确； (3)提高频谱仪动态范围：通过设置步进衰减器调节进入混频器 的电平，可以得到较大的动态范围。
频谱分析仪的基础知识
频谱分析仪基础知识分析
主要内容
❖ 阐述频谱分析仪测量的主要应用； ❖ 介绍频谱分析仪内部结构及工作原理； ❖ 说明频率分辨率、灵敏度和动态范围等重要指标在分析仪测
量中的重要作用。
8563A
SPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHz
频谱分析仪基础知识分析
LO IF
LO IM
RF
频谱分析仪基础知识分析
❖ 如果使用可调谐带通滤波器以抑制镜像频率，则由于较宽的 调谐范围使滤波器极为复杂，所以采用高的第一中频使问题 简化
❖ 这种配置下，镜像频率位于输入频率范围之上，由于两个频 率范围不会重叠，故可利用低通滤波器抑制镜像频率，三者 范围关系如下图
IF
LO
RF
滤波器
IF 滤波器
检波器
对数 放大器
视频 滤波器
本地 振荡器 频率基 准
扫频 发生器
显示
频谱分析仪基础知识分析
原理分析
❖ 信号分析过程如下：被测信号经过滤波和衰减后，和LO信 号进入混频器混频转换成中频信号，因为LO频率可变，所 以输入信号都可以被转换成固定中频，经放大后进入中频滤 波器（中心频率固定），然后进入一个对数放大器，对中频 信号进行压缩，然后进行包络检波，所得信号即视频信号， 为了平滑显示，在包络检波之前通过可调低通滤波器，即视 频滤波；视频信号在阴极射线管内垂直偏转，即显示出在信 号的幅度，同时，由于显示的频率值是扫频发生器电压值的 函数，所以对应被测信号的频率值，于是，被测信号的信息 显示在LCD上
频域测量 （频谱仪）
频谱分析仪基础知识分析
2 频谱分析仪结构及原理
❖ 频谱分析仪的类型：傅立叶频谱分析仪和超外差式频谱分析 仪
❖ FFT频谱分析仪：被分析的信号通过模数转换器采样，变成 离散信号，采样值被保存在一个存储器中，经过离散FFT变 换计算，计算出信号的频谱
❖ FFT频谱分析仪不足之处：FFT分析仪不适合脉冲信号的分 析，而且由于A/D转换器速度的限制，FFT分析仪仅适合测 量低频信号
❖ 下图是信号在时域和频域内观察的结果，由此可以清楚看出 信号在频域观察的必要性：时域得到的是信号的波形信息， 不能测量混合信号，如果存在干扰或失真信号，在时域上无 法区分有用信号和无用信号；
❖ 在频域上可以准确地测量有用信号和无用信号的各种参数。
频谱分析仪基础知识分析
幅度 (功率)
时域测量 （示波器）
频谱分析仪基础知识分析
混频器
频谱分析仪基础知识分析
混频器
❖ 混频器的作用就是将输入高频信号转换成中频信号，由于混
频器是非线性器件，输出会有很多频率成分
： 但我们 mf nf
RF
LO
需要的是 f f
LO
RF
❖ 混频方式有两种：基波混频和谐波混频，基波混频是输入信
要达到的学习目标
❖ 了解频谱分析仪结构原理，了解频谱 分析仪性能指标； ❖ 熟练应用频谱分析仪。
频谱分析仪基础知识分析
1 频谱分析仪应用
❖ 从事通信工程的技术人员，在很多时候需要对信号进行分析， 针对不同观察域，分别用示波器、频谱分析仪和矢量分析仪 观察信号；
❖ 示波器只能观察信号的幅度、周期和频率；但频谱分析仪还 可以分析信号的频率分布信息、频率、功率、谐波、杂波、 噪声、干扰和失真，而矢量分析仪可以在频谱分析仪基础上 分析数字调制信号调制质量。
频谱分析仪基础知识分析
超外差频谱分析仪
❖ 这种频谱分析仪对输入信号的分析，并不是从时间特性计算 得来的，而是由频域分析直接决定的。对于这样的分析，必 须把输入频谱分成各个独立的部分。可调带通滤波器就是为 此目的而使用的
❖ 超外差频谱分析仪内部结构如下图
频谱分析仪基础知识分析
RF 输入
IF
输入
衰减器 混频器 增益
频谱分析仪基础知识分析
频域和时域
❖ 早期的信号观察，主要依赖示波器在时域内观察信号；傅立 叶变换告诉我们：任何时域内电信号都是由一个或多个不同 频率、不同幅度和不同相位的正弦波组成的，但应用示波器 无法观察到频域内信息，只能在时域内观察；应用频域测量， 就能以频谱的形式显示出每个正弦波的幅度随频率变化的情 况；
❖下面将对频谱分析仪每个独立部件 的工作原理和相互之间的作用做详 细说明
频谱分析仪基础知识分析
低通滤波器
❖ 低通滤波器的主要作用是抑制镜像频率。下图是低中频频谱 分析仪输入频率与镜像频率范围的关系，如果输入频率范围 大于2IF，则两频率范围会重叠,所以要求输入滤波器在不影 响主信号的情况下抑制镜像抑制
频谱分析仪基础知识分析
幅度、频率显示原理
❖ 幅度显示原理： 经过中频滤波器的中频信号功率就是反应了输入信号的功率。检测
的方法就是用一个检波器，将它变为电压输出，体现在纵轴的幅度。当 然还要经过D/A转换和一些数据处理，加一些修正和一些对数、线性变 换。这足以Biblioteka Baidu我们带来信号分析上的许多方便。
❖ 频率显示原理： 频谱分析是要分析频域的。一个信号要分析两个参数，一是幅度，
二是频率。幅度已经得出，而频率和幅度要对应起来，在某一频率是什 么幅度。 如何与幅度对应起来。其实很简单。它是通过本振与扫描电压 对应起来的。本振是一个压流振荡器。本振信号是个扫描信号。扫描控 制是由扫描控制器来完成的。它同时控制显示器的横坐标。从左到右当 扫描电压在OV时，在显示器上是0点，对本振信号来说是F1点，即起始 频率点。当扫描电压到10V时，在显示器上是终止频率点，本振电压就 是在终止频率点，中间是线性的。通过这样的方法，使得显示器坐标的 每一点与本振F1、F2的每一点对应起来。射频信号是本振信号减去中频 信号21.4MHz。当我们操作频谱仪进行分析时，实际是在改变本振信号 的频率。
IM
频谱分析仪基础知识分析
衰减器
❖ 衰减器主要有三个作用 (1)保护频谱仪不受损坏：测量高电平信号时，为了不烧坏频谱
分析仪，必须对信号进行衰减； (2)高测试的准确性：混频器是非线性器件，当混频器输入信号
电平较高时，输出会产生许多产物，而且电平太高会干扰测 试结果，使无互调范围减小；当输入信号电平在混频器1dB 压缩点以上时，测试结果会不准确； (3)提高频谱仪动态范围：通过设置步进衰减器调节进入混频器 的电平，可以得到较大的动态范围。
频谱分析仪的基础知识
频谱分析仪基础知识分析
主要内容
❖ 阐述频谱分析仪测量的主要应用； ❖ 介绍频谱分析仪内部结构及工作原理； ❖ 说明频率分辨率、灵敏度和动态范围等重要指标在分析仪测
量中的重要作用。
8563A
SPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHz
频谱分析仪基础知识分析
LO IF
LO IM
RF
频谱分析仪基础知识分析
❖ 如果使用可调谐带通滤波器以抑制镜像频率，则由于较宽的 调谐范围使滤波器极为复杂，所以采用高的第一中频使问题 简化
❖ 这种配置下，镜像频率位于输入频率范围之上，由于两个频 率范围不会重叠，故可利用低通滤波器抑制镜像频率，三者 范围关系如下图
IF
LO
RF
滤波器
IF 滤波器
检波器
对数 放大器
视频 滤波器
本地 振荡器 频率基 准
扫频 发生器
显示
频谱分析仪基础知识分析
原理分析
❖ 信号分析过程如下：被测信号经过滤波和衰减后，和LO信 号进入混频器混频转换成中频信号，因为LO频率可变，所 以输入信号都可以被转换成固定中频，经放大后进入中频滤 波器（中心频率固定），然后进入一个对数放大器，对中频 信号进行压缩，然后进行包络检波，所得信号即视频信号， 为了平滑显示，在包络检波之前通过可调低通滤波器，即视 频滤波；视频信号在阴极射线管内垂直偏转，即显示出在信 号的幅度，同时，由于显示的频率值是扫频发生器电压值的 函数，所以对应被测信号的频率值，于是，被测信号的信息 显示在LCD上
频域测量 （频谱仪）
频谱分析仪基础知识分析
2 频谱分析仪结构及原理
❖ 频谱分析仪的类型：傅立叶频谱分析仪和超外差式频谱分析 仪
❖ FFT频谱分析仪：被分析的信号通过模数转换器采样，变成 离散信号，采样值被保存在一个存储器中，经过离散FFT变 换计算，计算出信号的频谱
❖ FFT频谱分析仪不足之处：FFT分析仪不适合脉冲信号的分 析，而且由于A/D转换器速度的限制，FFT分析仪仅适合测 量低频信号
❖ 下图是信号在时域和频域内观察的结果，由此可以清楚看出 信号在频域观察的必要性：时域得到的是信号的波形信息， 不能测量混合信号，如果存在干扰或失真信号，在时域上无 法区分有用信号和无用信号；
❖ 在频域上可以准确地测量有用信号和无用信号的各种参数。
频谱分析仪基础知识分析
幅度 (功率)
时域测量 （示波器）
频谱分析仪基础知识分析
混频器
频谱分析仪基础知识分析
混频器
❖ 混频器的作用就是将输入高频信号转换成中频信号，由于混
频器是非线性器件，输出会有很多频率成分
： 但我们 mf nf
RF
LO
需要的是 f f
LO
RF
❖ 混频方式有两种：基波混频和谐波混频，基波混频是输入信
要达到的学习目标
❖ 了解频谱分析仪结构原理，了解频谱 分析仪性能指标； ❖ 熟练应用频谱分析仪。
频谱分析仪基础知识分析
1 频谱分析仪应用
❖ 从事通信工程的技术人员，在很多时候需要对信号进行分析， 针对不同观察域，分别用示波器、频谱分析仪和矢量分析仪 观察信号；
❖ 示波器只能观察信号的幅度、周期和频率；但频谱分析仪还 可以分析信号的频率分布信息、频率、功率、谐波、杂波、 噪声、干扰和失真，而矢量分析仪可以在频谱分析仪基础上 分析数字调制信号调制质量。
频谱分析仪基础知识分析
超外差频谱分析仪
❖ 这种频谱分析仪对输入信号的分析，并不是从时间特性计算 得来的，而是由频域分析直接决定的。对于这样的分析，必 须把输入频谱分成各个独立的部分。可调带通滤波器就是为 此目的而使用的
❖ 超外差频谱分析仪内部结构如下图
频谱分析仪基础知识分析
RF 输入
IF
输入
衰减器 混频器 增益
频谱分析仪基础知识分析
频域和时域
❖ 早期的信号观察，主要依赖示波器在时域内观察信号；傅立 叶变换告诉我们：任何时域内电信号都是由一个或多个不同 频率、不同幅度和不同相位的正弦波组成的，但应用示波器 无法观察到频域内信息，只能在时域内观察；应用频域测量， 就能以频谱的形式显示出每个正弦波的幅度随频率变化的情 况；