安立频谱仪基础知识讲座PPT

1PM1-1SG120004-00频谱分析基础版本1.10安立集团2PM1-1SG120004-001.什么是频谱分析仪(SA)?2.测量仪表分类3.频谱分析仪原理4.频谱仪的设置5.频谱仪性能评估6.使用信号分析仪的标准测试7.注意事项8.什么是信号分析仪?9.FFT分析仪分析举例10.最新频谱分析仪原理目录3PM1-1SG120004-00频谱分析仪是一种将每个频点上的电信号可视化的设备.被测信号的频率分量显示在频率轴上，并且在轴上对应频率点显示每个分量的幅度大小。1.什么是频谱分析仪?安立频谱分析仪MS269x系列MS271xEMS272xCMS8608A/09AMS2830A4PM1-1SG120004-002.测量仪表分类功率(电平)频率频谱传输/反射特性时域特性调制特性被测信号测量仪表功率计频率计频谱分析仪网络分析仪示波器调制分析仪5PM1-1SG120004-00频率分量频谱仪输出功率换算基波–10dBm0.1mW二次谐波–20dBm0.01mW三次谐波–54dBm4.0nW(总功率)0.11mW电信号显示种类示波器波形功率0.11mW(–9.6dBm)频谱仪波形AmplitudeAmplitudeTimeAmplitude6PM1-1SG120004-00幅度频率时间测量电平(幅度)频率时间时间vs.电平示波器(时域)频率vs.电平频谱分析仪(频域)频率vs.时间调制分析仪(调制域)7PM1-1SG120004-00时域•观察实时变化•难以分析频率分量频域•观察复杂信号的频率分量•测量小功率失真信号•测量杂散分量调制域•观察频率上的变化•分析调制的准确度•不能观察幅度变化电信号分析标准8PM1-1SG120004-00时域频域调制域9PM1-1SG120004-00图2-1超外差模式频谱分析框图3.频谱分析仪原理ATT中频滤波器(RBW)混频器本振信号检波器视频滤波器(VBW)扫频信号(ramp)输入信号纵轴信号横轴信号显示屏本振信号频率StartStop0V(leftend)1V(rightend)图2-2本振频率vs.横轴信号幅度横轴信号幅度fIN=fL±fIFEq.1fIFfINfL对数放大器低通滤波器或预选器10PM1-1SG120004-00输入信号混频器中频滤波器CMHz：B+A和B–AB–A＝DMHz:固定(中频频率)A=B–D因为内部信号D和B已知,输入信号A就可以确定。AMHzBMHzCMHz本振信号混频输出中频信号DMHz3.1频谱分析原理本振低通滤波器11PM1-1SG120004-00100MHz4300MHz4200MHz4400MHz本振信号(fLO)4200MHz本振混频器混频输出中频滤波器中频滤波器的中心频率等于中频频率(4200MHz).另一个信号称为“镜像信号”.镜像信号被中频滤波器阻隔从而不能传到下一级。例：频谱分析仪里的频率关系・射频频率范围(finput):0Hz到3GHz・中频频率(fIF):4.2GHz输入信号(finput)中频信号(fIF)本振频率覆盖从4200到7200MHz用于整个射频频段产生中频信号.低通滤波器3.1频谱分析原理12PM1-1SG120004-00例：频谱分析仪里的频率关系・射频频率范围(finput):0Hz到3GHz・中频频率(fIF):4.2GHz100MHz8500MHz4300MHz4200MHz4200MHz本振混频器中频滤波器中频信号(fIF)混频器输出输入信号(finput)本振信号(fLO)输入信号(finput)和本振信号(fLO)频率中频信号(fIF)的关系是Finput=fLO–fIF和fLO+fIF。如果8500MHz(fLO+fIF)信号被输入,100MHz的频谱会出现在频谱分析仪上。低通滤波器抑制镜像信号(fLO+fIF)避免不需要的相应出现在频谱分析仪上。低通滤波器3.1频谱分析原理13PM1-1SG120004-004200MHz4200MHz4200MHz本振(注意)零拍当本振信号等于中频信号，本地信号通过中频滤波器馈通，仪表显示0Hz混频器中频滤波器滤波器输出混频器输出输入信号本振输入低通滤波器例：频谱分析仪里的频率关系・射频频率范围(finput):0Hz到3GHz・中频频率(fIF):4.2GHz3.1频谱分析原理14PM1-1SG120004-0050MHz75MHz100MHz125MHz150MHz4250MHz4275MHz4300MHz4325MHz4350MHz显示频率设置本振频率4200MHz4200MHz4200MHz4200MHz4200MHz中频本振频率与扫描频率同步变化从而保证固定的中频频率估计不同的测试需求测量点数设置不同。一般的频谱仪支持最多501测试点和1001测试点设置，最新的频谱仪支持最多10001个测试点设置。3.1频谱分析原理15PM1-1SG120004-00本振100MHz4300MHz4200MHz4400MHz本振信号4200MHz4200MHz100MHz8500MHz100MHz中频振荡器混频器中频滤波器中频信号混频器输出信号输入信号输出低通滤波器低通滤波器因为使用同一个本地振荡器，所以跟踪源输出信号频率与频谱仪的扫描频率同步。跟踪源3.2跟踪源原理16PM1-1SG120004-004.频谱仪的设置4.1频谱仪的设置项4.2频率设置4.3幅度设置4.4RBW•VBW4.5扫描时间4.6衰减器设置4.7检波方式4.8跟踪•数据存储进程17PM1-1SG120004-00(1)频率(频率•跨度)中心频率开始频率、截止频率(2)幅度(幅值•幅度)参考幅度(屏幕显示最大幅值)对数刻度（纵轴）线性刻度幅度补偿与校准预置放大器(开/关)(3)中频滤波器分辨率带宽（RBW）视频带宽（VBW）4.1频谱仪的设置项1/218PM1-1SG120004-00(4)扫描时重复/单次(5)衰减器(6)检波器标准正峰值（准峰值）负峰值采样值均方根(有效值)平均(7)显示•数据处理（存储）平均显示最大保持最小保持(8)其它标记点功能测量功能时域分析(时间轴)触发/门功能4.1频谱仪的设置项2/219PM1-1SG120004-00频率（Frequency/Span）中心频率/跨度开始频率/截止频率中心周波数中心频率Span跨距ｽﾀｰﾄ周波数ｽﾄｯﾌﾟfrequency开始频率截止频率4.2频率的设置20PM1-1SG120004-00幅度（Level/Amplitude）显示最大迹线=参考幅度对数刻度4.3幅度的设置1/221PM1-1SG120004-00单位功率:W,dBm0dBm=1mWdBm=10Log(Xmw/1mW)电压:V,dBμV,dBmV,dBμVemf0dBμV=1μVdBμV=20Log(XμV/1μV)场强:W/m,dBm/m,dBμV/mW=V(voltage)xI(current)I=V/R(resistance),R：50W=(VxV)/50V=Wx504.3幅度的设置2/222PM1-1SG120004-00RBW设置:设置中频带宽ATT中频滤波器(RBW)混频器检波器视频滤波器(VBW)输入信号fIFfINIFFilter带宽3dBfIF4.4分辨率带宽（RBW）1/523PM1-1SG120004-00例：MS2830A指标：选择性4.5:1选择较窄的RBW同时使3-dB和60-dB带宽更小，并且增加频率分辨率。因此，可以降低使噪声电平，可以测量更小的信号。60-dBband选择性=3-dBband频率中心频率幅度3dB带宽60dB带宽4.4分辨率带宽（RBW）2/524PM1-1SG120004-00如果两个相等幅度的输入信号可被一个3dB带宽的中频滤波器分离，这两个频率分量可见。中频滤波器的3dB带宽被称为分辨率带宽（RBW）。如果两个信号在幅度上是不相等的，较小的信号会在较大信号的裙边效应下丢失。只有通过设置窄的分辨率带宽才可以查看到较小信号。例：MS2830A参数：RBW:可设置为1Hzto3MHz,50kHz,5MHz,10MHz,20MHz,31.25MHzf1=199,990MHz,f2=200,0010MHzatRBW10KHz-10kHz+10kHz-10kHz+10kHz-10kHz+10kHz4.4分辨率带宽（RBW）3/525PM1-1SG120004-00RBW:3kHzRBW:1kHz可分辨4.4分辨率带宽（RBW）4/526PM1-1SG120004-00分解可能RBW:300kHzRBW:30kHz底噪降低4.4分辨率带宽（RBW）5/527PM1-1SG120004-00VBW10kHzVBW10Hz可用来辨别接近噪声的信号。例:MS2830A技术指标可选VBW：1Hzto3MHz,5kHz,10kHzto10MHz减小VBW，噪声的峰峰值被降低。然而，对于脉冲类信号，过低的VBW会导致所观测信号的消失。4.4视频滤波器（VBW）1/228PM1-1SG120004-00VBW:100kHzVBW:100HzVBW:100kHz减少了噪声信号的峰峰值抖动。4.4视频滤波器（VBW）2/229PM1-1SG120004-00Q：如何设置RBW和VBW？当输入被测信号信噪比较好时：VBW=RBW当输入被测信号信噪比较差时：VBW=RBW/10当测试脉冲信号时：VBW≥10*RBW30PM1-1SG120004-00本振信号扫描信号横轴信号fL本振信号频率改变=显示屏上从左到右测量频率的改变。这被称为频率扫描.扫描时间与频率跨度（SPAN），RBW和VBW有关。频率扫描4.5扫描时间1/331PM1-1SG120004-00ATT中频滤波器(RBW)混频器本振信号检波器视频滤波器(VBW)扫描信号(ramp)输入信号垂直轴信号水平轴信号显示fIFfINfL固定相应速度保持RBW不变，增加扫描时间.幅度快速地变化4.5扫描时间2/332PM1-1SG120004-00波形①以合适的扫描时间显示；随着扫描时间的加快，波形②和波形③的幅度和频率发生的降低和偏移；扫描时间不正确，频谱仪会出现“UNCAL”。正确的扫描时间=Kx(RBW≥VBW)频宽（SPAN）RBWxVBWK=34.5扫描时间和RBW3/333PM1-1SG120004-00频谱仪必须保证合适的输入信号电平，从而得到最大的测量动态范围，该动态范围由失真和底噪所决定。输入信号的大小和失真成分的关系由混频器的输入信号电平决定，而不是由输入衰减器决定。为了得到正确的测量结果，需要通过设置衰减器来衰减输入信号使得进入混频器的信号电平最佳。安立公司典型混频器输入电平:-10dBmATT混频器本振混频器输入信号输入信号4.6衰减器1/334PM1-1SG120004-000dB20dBDistortionduetoexcessiveinput合适的衰减得到正确的波形混频器输入电平过大导致失真4.6衰减器2/335PM1-1SG120004-00-90dBm-70dBm20dB40dB50dB–80dBm–60dBm30dB4.6衰减器3/336PM1-1SG120004-00Q：衰減器的作用？1.当测量高电平信号时，对信号进行衰减，保护频谱仪不受损。2.改善仪器端口的匹配特性。3.提高测试的准确性，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。4.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。5.同时，衰减器设置过大，仪器的本底噪声被抬高。37PM1-1SG120004-00Normal（正常）:在当前采样点和下一个彩样点之间同时显示最大电平和最小电平。PosPeak（正峰值）：保持并显示当前采样点和下一个采样点之间的最大电平—适用于测量接近噪声电平的信号。Sample（取