频谱仪培训.pptx

频谱仪培训信号基本理论频谱仪的原理相关参数FSC、FSL产品介绍常见的数字信号与频谱显示演示如何利用天线收听广播信号的基本理论频谱仪的原理压控振荡器的振荡频率（本振频率）和实际的射频频率之间有一个对应关系，信号处理也有一定延迟，因此显示和压控振荡器之间需要同步衰减器衰减器有机械的，也有电子的，衰减器的作用如下： 当测量高电平信号时，对信号进行衰减，保护频谱仪不受损坏 改善仪器端口的匹配特性 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 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同时，衰减器设置过大，仪器的本底噪声被抬高1、基波混频：输入信号通过本振的基波混频但为了覆盖更高的频率范围，有必要进行倍频，如在混频器前加乘法器2、谐波混频：由于混频器的非线性会使本振信号产生谐波，可用谐波来进行混频3、外混频器：对于毫米波范围内的测试（40GHz以上），可利用外混频器来提高频谱仪的频带范围这些混频器一般采用谐波混频，所以本振信号频率范围比输入信号频率范围小。

混频器中频频率调谐在fL-fin谱仪的扫描过程扫描式频谱分析仪是通过扫描本振（即调谐本振频率）来实现输入信号在一段频率范围内的扫描的扫描时间采用窄带滤波器可实现高分辨率，但需要更长的扫描时间 比例系数K取决于滤波器的类型和允许的瞬态响应误差对于由4-5个单独电路组成的模拟滤波器，比例系数K=2.5（最大的瞬态响应误差大概为0.15dB）扫描时间 vs RBW中频放大器：输入信号经过了前置衰减器，电平降低，为了恢复信号幅度，补偿输入衰减器的变化，在混频器后对频信号进行放大，在放大有用信号的同时，噪声和干扰信号也被同时放大对数放大器：检波器之前有一个对数放大器，对数放大器按照对数函数来压缩信号电平（对于输入电压幅度v,输出电压幅度为logv），这大大减小了由检波器所检测的信号电平变化，而同时向用户提供校准成用分贝读数的对数垂直刻度，在频谱分析仪中，由于信号电平大幅度变化，故需要采用对数刻度频谱仪的频谱分辨率主要决定于分辨率带宽RBW，即中频滤波器带宽若使用取样或峰值检波器，频谱分辨率指在显示中通过3dB衰减来分辨两个等幅信号的最小频率偏移如左图所示，红线对应30kHz分辨率带宽，减小带宽后，蓝线对应3kHz分辨率带宽,两个信号被明显分开。

如果相邻信号的电平有明显不同，小电平信号在大分辨率设置下不会显露出来见右图红色踪迹）通过减小带宽，弱信号可被显露出来见右图蓝踪迹）分辨相邻的信号包络检波输入信号幅度的信息包含在中频信号的幅度中，通过使用模拟或者数字滤波器，在滤除高的中频信号之后，可以得到中频信号的包络视频滤波器(VBW)1. 视频滤波器在包络检波器之后，视频滤波器决定了视频带宽视频滤波器是一级低通配置，用于从视频信号中滤除噪声，平滑轨迹，从而使显示结果稳定2. 对于有足够信噪比的情况下测量正弦信号，经常选择VBW与RBW相等在低S/N的情况下，可以通过减小VBW来稳定显示，弱信号会在频谱中突现出来并且稳定可再现在测量正弦信号时，减小VBW，对电平无影响由于频谱仪第一级本振的调整步长取决于分辨率带宽，这样多个取样点（测试结果值）会落在一个象素点上，象素点显示什么样的数值取决于检波器的检波方式检波器检波器选择与数据处理1. 最大峰值检波器：从分配到每个像素点的取样点中取一个最高电平并显示出来，2. 最小峰值检波器：从分配到每个像素点的取样点中取一个最小电平并显示出来，3. 自动峰值检波：同时显示最高电平和最小电平，两点之间用垂线相连。

4. 取样检波：从分配到每个像素点的取样点中取固定位置的电平并显示出来，5. RMS检波器（均方根）：计算分配到每个像素点的所有取样值的均方根值，结果为像素点对应频宽内的信号功率6. 平均值检波：计算分配到每个像素点所有取样点的线性平均值7. 准峰值检波：这是一种用于干扰测量应用并定义了充放电时间的峰值检波 器，用于EMC方面的测试 7种检波器： 几种检波方式的各自特点：1.平均值检波：其最大特点是检波器的充放电时间常数相同，特别适用于对连续波的测量2.峰值检波：它的充电时间常数很小，即使是很窄的脉冲也能很快充电到稳定值，当中频信号消失后，由于电路的放电时间常数很大，检波的输出电压可在很长一段时间内保持在峰值上峰值检波的特点首先在军用设备的骚扰发射试验中被优先采用，因为好多军用装备只要单次脉冲的激励就可以造成爆炸或数字设备的误动作，而无需像音响设备那样讲究时间的积累3.准峰值检波：这种检波器的冲放点时间常数介于平均值于峰值之间，在测量周期内的检波器输出既与脉冲幅度有关，又与脉冲重复频率有关，其输出与干扰对听觉造成的效果相一致参考信号通常由一个温控晶振（TCXO）产生为了增加频率精度与长期的稳定性，对大多数频谱仪来说，广泛采用恒温控制晶振(OCXO)。

可以从频谱仪后面板的一个接头上得到10MHz的参考同步信号也可以应用外参考时基来同步频谱仪频谱仪的时域功能l FreeRun：自由运行，一次扫描结束后，开始下一次扫描l Video：视频触发，通过显示的电压/功率来激活触发设置视频触发电平l IFPower：中频功率触发，通过检测第二中频的功率触发设置中频触发功率l Extern：外部触发，通过外部触发端口的TTL信号触发需要外部触发信号设置触发电平l Gate：门控触发设置门的延迟和门的长度l TriggerOffset：触发偏移，设定触发信号和开始扫描的时间偏移频谱仪的触发相位噪声（谱纯度） 峰值因子接收机的固有噪声系统非线性1dB压缩点动态范围测量精度幅度测量精度频谱分析仪的性能 Rohde & Schwarz 中国培训中心 RF基础与测量2005 / 付国映、安毅 / 61相位噪声1.相位噪声,在偏离载波固定位置处fn，单位带宽 1Hz内的噪声功率Pn与信号总功率Ps的比值2.相位噪声是反映单载 波信号的频谱纯 度3.单位为dBc/Hz fn offset,如-135dBc/Hz10kHz Rohde & Schwarz 中国培训中心 RF基础与测量2005 / 付国映、安毅 / 59峰值值因子（crest factor）峰值因子，又称为峰均比，是峰值功率和平均功率之差。

峰值功率峰值值因子 10 dB平均功率W-CDMA3.84 MHz bw举例：FSU在1GHz心频率处，RBW=100KHz，衰减器为30dB，其固有噪声为多少？被测信号为-80dBm，能够检测到吗？答：通过FSU的datasheet，FSU在1GHz心频率的本地噪声为-148dBm10HzRBW,0dB衰减，那么当前设置下，固有噪声为-148dBm-10dB+10lg（100kHz）+30dB-2.5dB=-80.5dBm， -80dBm的被测信号和本底噪声相当，是不能被检测的为了准确地测试这个信号，可以减小RBW或衰减器的设置使得本底噪声小于-90dBm谱分析仪的固有噪声谱分析仪的固有噪声 固有噪声是频谱仪灵敏度的度量指标，决定了频谱仪的最小可检测电平 频谱仪的SPAN并不影响固有噪声 频谱分析仪显示的噪声本底电平依赖于衰减器的设置，每增加10dB的衰减量， 显示的噪声电平将提高10dB本底噪声与RF衰减器 RBW增大10倍，噪声电平增大约10dB本底噪声与RBW带宽1dB压缩点：实际输出幅度比理想输出幅度低1dB的点对应的输入电平，与衰减器的设置有关当输入电平超过1dB压缩点时，信号将产生非线性失真。

为了避免过载失真，最大输入电平应该远低于1dB压缩点1dB 压缩点动态范围是频谱分析仪同时处理不同电平信号的能力动态范围下限是由自然噪声或相位噪声决定的，动态范围的上限是由1dB压缩点或由频谱仪过载而造成的失真决定的动态范围：可同时检测到的最大幅度与最小幅度的差也可定义为混频器1dB压缩点与显示平均噪声电平之差动态范围输 出 电 平输入电平 Rohde & Schwarz 中国培训中心 RF基础与测量线性失真非线性失真2005 / 付国映、安毅 / 69系统统的非线线性A(t) = a0 + a1 * A(t) + a2 * A2(t) + a3 * A3(t) + . Rohde & Schwarz 中国培训中心 RF基础与测量2005 / 付国映、安毅 / 70系统统非线线性产产物 Rohde & Schwarz 中国培训中心 RF基础与测量2005 / 付国映、安毅 / 72332 x f1 - f2f1f22 x f2- f1frequency三阶阶互调调 Rohde & Schwarz 中国培训中心 RF基础与测量2005 / 付国映、安毅 / 73截止点(S.O.I、T.O.I)实际测量中，无失真显示频谱范围是由互调产物或是高次谐波失真限制这个范围，我们称这个范围为无互调范围或者是最大谐波抑制。

两者是由混频器电平和所选择RBW决定的，如果互调产物或者高次谐波电平与噪声电平相等时，则达到了相应的最大值最大无互调范围、最大谐波抑制(dBm)输输 入 功 率 电电 平 (dBm)输输入功率 电电平 Rohde & Schwarz 中国培训中心 RF基础与测量2005 / 付国映、安毅 / 75IEEE 标标准的定义义:噪声系数F是输入信号的信噪比和输出信号的信噪比的比值Si / NiSo / NoF =-120-100-80-40-60fo频频率-120-100-80-40-60fo频频率DUT例如放大器NaSi / NiS0 / N0kT0BkT0BG + N aG噪声系数光标读数模式(频率读数参考频率误差+0.5%频率跨度+10%分辨带宽+最后显示位1/2)计数器模式(频率读数参考频率误差+最后显示位1/2）频率测量精度 误差来源 绝对误差 频率响应 衰减器误差 频增益误差 线性误差 带宽切换误差 失配误差幅度测量精度R&S FSC系列台式频谱分析仪 应用领域l低端通用频谱分析（汽车电子、RFID、遥控、玩具、自动化控制）l无源射频器件传输参数测量（射频放大器/滤波器/电缆生产与验证） l系统集成（卫星车/广电车/军工系统配套/二次开发商）l教育和科研（高校/中科院/中电/航天/航空/中船的研究室或者整体室）l无线电监测与监听（无线电管理委员会/公安/保密局）l电磁兼容故障点诊断与定位（所有电子类产品研发和生产单位）l射频产品生产线（通讯/广电/计算机的整机或者模块的生产商）R&S FSC 应用领域R&S FSC系列台式频谱分析仪-特点一览R&S FSC系列台式频谱分析仪-特点一览R&S FSC系列台式频谱分析仪-特点一览R&S FSC系列台式频谱分析仪R&S FSC系列台式频谱分析仪R&S FSC系列台式频谱分析仪R&S FSC系列台式频谱分析仪R&S FSC系列台式频谱分析仪 AM调制深度测量谐波测量标量网络分析脉冲信号功率测量功能信道功率测量占用带宽测量 前后面板介绍 校准FSL产品介绍前后面板介绍 FSL主要特点频率范围9kHz至3GHz/6GHz/18GHz3GHz/6GHz产品可选配跟踪源同类产品中最佳射频性能同类产品中最大I/Q解调带宽28MHz即使在微波频段也具有很高的测量精度由于全数字运算而具有很高的滤波器精度结构坚固而紧凑便携提手和很轻的重量（8kg/18lbs）可选择电池供电操作功能广泛，操作简单易于在现场升级 标准的前面板连接器RF INPUT 50（射频输入50）PROBE POWER（探头功率)AF OUT（音频输出)USB 可选的前端面板连接器GEN OUTPUT 50 （跟踪源输出50） 可选的后面板连接器POWER SENSOR（功率传感器，“附加接口”选件，R&SFSLB5）NOISE SOURCE CONTROL（噪声源控制，“。