频谱仪基本原理

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目前大多数高频频谱分析仪使用扫频测量方式
频谱仪构造框图说明
射频输入衰减器
输入射 频信号
Pre-Selector Or Low Pass
Filter
混频器中频放大器 中频滤波器
检波器
对数放大器
本地振荡器
视频滤波器
锯齿波扫平器
参考振荡器
屏幕显示
本振受锯齿波扫平器的控制，在锯齿波扫平器的控制下，本振频率将从低到高地线性变化。这样在显示时，锯齿波 扫平器产生的锯齿波电压加到显示器的X轴上，检波器输出经低通滤波器后接到Y轴上，当锯齿波扫平器对本振频率 进行扫描时显示器上将自动绘出输入信号的频谱。
频谱仪基本原理
• 信号时域与频域的分析
幅度
✓对于一个无线信号，常常可以 在时域和频域上进行分析，对 于3G信号还要对码域进行分析
✓时域看到的是信号波形--即信 号随时间是如何变化的(示波器)
✓频域上看到的是信号的频谱-即该信号由哪些频率分量组成 及各频谱分量的大小(频谱仪)
时域测量 示波器方式
✓时域和频域可以通过傅立叶变
失真产物
频谱仪分辨率对测量的影响
• RBW宽度与扫描速度
扫描速度太快
扫描速度太快导致在幅度与频率上失校
频谱仪分辨率对测量的影响
• RBW设置与动态范围
噪声电平改变量 (dB) = 10 log(RBW新)/(RBW旧)
10 dB 10 dB
100 kHz RBW 10 kHz RBW 1 kHz RBW
f1
f2
f
扫频型频谱分析仪
✓ 这种扫频调谐式的频谱仪 的基本结构同超外差式接 收机，目前绝大多数频谱 仪均采用这种扫频调谐方 式
A
✓ 优点 对于高频测量不需要很高,采
样速率 灵敏度高 动态范围大
一个滤波器分时测量组成信号 的若干正弦波的幅度和频率
屏幕显示
✓ 缺点： 来回扫描，实时性稍差.
f1 f2
➢ 在测量小灵通(占用带宽288KHz)干放时，将RBW 设置 为100KHz，结果30dBm的信号测得18dBm。
(后来将RBW改为300KHz或1MHz即可) ➢ 建议在GSM和小灵通测试时，将RBW设置为1MHz左右；对于
CDMA信号，RBW建议在10KHz以下。
频谱仪基本原理
实现各种模式的精确采样-----检波器
输入信号
检波器 幅度
“间 隙"
正峰值采样 负峰值采样 平均值采样
频谱仪基本原理
视频带宽(VBW)的设定对测量结果影响 视频滤波器为一低通滤波器 其主要作用为进行信号检波，噪声过滤、平滑，因 此将对被测信号带来失真损伤 当信号夹杂在噪声中时，通过视频滤波器可有效滤 除噪声
衡量频谱仪性能的关键指标
一般的来说，以下几个关键指标即可衡量一个频谱仪的性能如 何
FFT分析仪使用数值计
算的方法处理一定时间
周期的信号，可提供频 率、幅度和相位信息，
A
对周期信号和非周期信
号均能分析。FFT分析
仪的特点是速度快、精
度高；局限性是其分析
频率的带宽受到数模转
换器(ADC)采样速率限
ห้องสมุดไป่ตู้
制，所以适合分析窄带
信号
若干个并行滤波器同时测量组 成信号的若干正弦波的幅度和 频率
屏幕显示
减小RBW = 降低噪声
频谱仪分辨率对测量的影响
• 一般的来说，(对于连续信号)较小的RBW设置可以 降低显示噪声，提高测量的动态范围和测量精度
• 但RBW越小，扫描时间越长，测试速度越慢
• 对于时分(突发)信号（如GSM，小灵通信号等）， RBW必须要大于信号的占用带宽，否则会造成信 号失真和系统的相应不足。
中频滤波器/
LO
分辨率带宽 (RBW)
扫频
检波器
RBW 显示
频谱仪基本原理
• 分辨率带宽RBW对信号和噪声的影响
频谱仪分辨率对测量的影响
• RBW类型与选择度
RBW = 1 kHz
3 dB
60 dB
7.5 kHz
60 dB BW = 15 kHz
10 kHz 10 kHz
RBW = 10 kHz
频域测量 换和反变换进行转换。时域上 的复杂信号常常可以分解为若
频谱分析方式干个不同频率的正弦波信号
频谱仪基本原理
✓频谱仪通过在频域上进行扫描 分析出被测信号包含哪些频率 分量及各分量的大小是多少
✓由于没有参考信号，一般的频 谱仪不能测量信号的相位大小
频谱仪基本原理
• 傅利叶型(FFT)频谱分析仪(示波器)
✓ 频率范围 ✓ 本底噪声(DANL) ✓ 测量误差 ✓ 动态范围 ✓ 相位噪声 ✓ 使用的方便性(如是否有一键测试功能；是否支持本地语言；文件存
储与标记；现场应用的仪表是否轻便等)
✓ ……
-115
-90
-60
-30
0
Mixer Level(dBm)
改善频谱仪的动态范围
• 仪表设置与动态范围
可使用如下方法改善测量的动态范围：
更窄的分辨率带宽RBW 调整输入衰减 足够的视频滤波带宽VBW
进行信号的精确测量
• 中频滤波器(分辨率带宽)RBW
3 dB
Mixer
3 dB BW
输入信号
混频器失真对测量动态范围的影响
• 混频器状态与动态范围
混频器的输入电平与频谱仪的动态范围
失真, dBc 信噪比, -dBc
0
-20
-40
显示噪声电平 RBW=10KHz
二阶
三阶
三阶互调截点,三阶谐波(互 调)失真与基波信号电平相同
.
三阶互调截点,三阶谐 波失真与基波信号电平 相同
TOI
显示噪声电平 -60 RBW=1KHz
-80
-100
-60
-30
0
+30
混频器端功率(dBm)=输入功率(dBm)-衰减器设置(dB)
衰减器步进大小对测量动态范围的影响
• 混频器步进大小决定了获得最佳混频器动态范围的能力
DISTORTION, dBc
-105
-107
-109 -111 -113
衰减器步进
Potential Dynamic Range