頻譜分析儀講稿課件

頻譜分析儀頻譜分析儀主要內(nèi)容介紹頻譜分析儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理介紹頻譜分析儀主要參數(shù)的設(shè)置闡述頻譜分析儀的主要測量應(yīng)用簡述注意事項8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHz主要內(nèi)容介紹頻譜分析儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理8563ASPECT要達到的學(xué)習(xí)目標(biāo)了解頻譜分析儀結(jié)構(gòu)原理熟練應(yīng)用頻譜分析儀合理設(shè)置頻譜分析儀主要參數(shù)降低測試誤差要達到的學(xué)習(xí)目標(biāo)了解頻譜分析儀結(jié)構(gòu)原理頻域和時域的概念時域：是信號在時間軸上顯示的波形

頻域：是在頻率軸上顯示信號所包含的頻率tufu頻域和時域的概念時域：是信號在時間軸上顯示的波形tufu頻域和時域傅立葉變換原理告訴我們：任何時域內(nèi)電信號都是由一個或多個不同頻率、不同幅度和不同相位的正弦波或余弦波組成的，但應(yīng)用示波器無法觀察到頻域內(nèi)信息，只能在時域內(nèi)觀察到信號波形；應(yīng)用頻譜分析儀在頻域測量，就能顯示出信號所包含的所有正弦波或余弦波的頻率分量；頻域和時域傅立葉變換原理告訴我們：任何時域內(nèi)電信號都是由一個幅度(功率)頻率時域測量頻域測量時間幅度頻率時域測量頻域測量時間tU時域f03f0f頻域tU時域f03f0f頻域上圖是信號在時域和頻域內(nèi)觀察的結(jié)果，由此可以清楚看出信號在時域得到的是信號的波形信息，不能分析頻率分量。如果存在干擾或諧波失真信號，在時域上無法區(qū)分。在頻域上可以準(zhǔn)確地測量有用信號和無用信號的各種參數(shù)。這就是頻域觀察的必要性。頻域觀察的必要性上圖是信號在時域和頻域內(nèi)觀察的結(jié)果，由此可以清楚看出信號在時2頻譜分析儀結(jié)構(gòu)及原理頻譜分析儀的類型1.譜分析儀主要有超外差式頻譜分析儀2.快速傅立葉變換（FFT）頻譜分析儀：被分析的信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣，變成離散信號，采樣值被保存在一個存儲器中，經(jīng)過離散FFT變換計算，計算出信號的頻譜。FFT分析儀僅適合測量低頻信號。2頻譜分析儀結(jié)構(gòu)及原理頻譜分析儀的類型超外差頻譜分析儀這種頻譜分析儀，首先輸入信號與連續(xù)掃頻本振進行混頻，再與固定本振混頻變到中頻21.4MHz，經(jīng)過可變增益放大器中頻濾波器，再經(jīng)一個可變增益放大器（或?qū)?shù)放大器）經(jīng)過檢波視頻濾波顯示在顯示屏上的頻率軸上。超外差頻譜分析儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖超外差頻譜分析儀這種頻譜分析儀，首先輸入信號與連續(xù)掃頻濾波器頻率基準(zhǔn)對數(shù)放大器RF輸入衰減器混頻器IF濾波器包絡(luò)檢波器視頻濾波器本地振蕩器掃頻發(fā)生器IF增益輸入顯示IF增益濾波器頻率基準(zhǔn)對數(shù)RF輸入混頻器IF包絡(luò)檢波器視頻本地掃t/f輸入信號與本振混頻經(jīng)中頻濾波顯示在屏幕上f2f1f3finfloIF=flo-finIFt1/f1t2/f2t3/f3混頻濾波ff屏幕顯示檢波t1t2t3f1f2f3(f1、f2,f3)(f1,f2、f3)(f1,f2、f3)L1L2L3t/f輸入信號與本振混頻經(jīng)中頻濾波顯示在屏幕上f2f1f3f（1）射頻輸入部分（前端）在電信領(lǐng)域中應(yīng)用的測量儀器的輸入要求一樣，頻譜分析儀通常采用的輸入阻抗50歐姆。為了能在輸入阻抗的系統(tǒng)中應(yīng)用，如有線電視、廣播系統(tǒng)中，比輸入阻抗應(yīng)用更為廣泛，在這樣的系統(tǒng)中用頻譜分析儀進行測試時，通常需要一個的阻抗變換器，否則，會由于不匹配造成的測量誤差。實現(xiàn)轉(zhuǎn)換最簡單的方法是串一個的阻抗。雖然后者的插入損耗低（大約1.8dB），但只是輸入的匹配，而輸出到頻譜儀的射頻連接卻處于失配，如圖（9.14）a所示。頻譜儀的輸入阻抗偏離了，由于多徑反射會造成測量誤差。為此，建議使用兩端都匹配的衰減器（如或衰減器），如圖（9.14）b所示，在這種情況下，會造成高的插入損耗。匹配（1）射頻輸入部分（前端）匹配（2）低通濾波器低通濾波器的主要作用是抑制鏡像頻率。LORFIF鏡像（2）低通濾波器低通濾波器的主要作用是抑制鏡像頻率。LORF為了保證接收有用信號的質(zhì)量，需在射頻混頻器前加入濾波器來抑制鏡像頻率。信號帶寬窄采用低中頻模式比較容易處理。見下圖：~本振混頻低通衰減帶通混頻：信號鏡像中頻低通△fI本振finminfimminfLmin低中頻模式：△fI△fI為了保證接收有用信號的質(zhì)量，需在射頻混頻器前加入濾波器來抑制fLfimfinfI△fI△fI△fI△fI△fIfLfinfim當(dāng)輸入信號頻帶很寬時，采用低中頻混頻模式，鏡像與信號重疊。低通濾波器不能將鏡像噪聲濾除，中頻將疊加鏡像噪聲。解決這個問題的方法是采用比信號高的中頻方案。見下頁：低中頻模式不能抑制鏡像fLfimfinfI△fI△fI△fI△fI△fIfLfin采用高中頻模式將信號與鏡像分開輸入信號本振鏡像中頻fIfinminfinmaxfLminfLmaxfimmin△fI△fI△fI△fI高中頻模式可以抑制鏡像采用高中頻模式將信號與鏡像分開輸入信號本振鏡像中頻fIfin（3）衰減器衰減器主要有三個作用1.保護頻譜儀不受損壞：測量高電平信號時，為了不燒壞頻譜分析儀，必須對信號進行衰減；2.提高測試的準(zhǔn)確性：混頻器是非線性器件，當(dāng)混頻器輸入信號電平較高時，輸出信號電平超過混頻器1dB壓縮點電平，使無互調(diào)范圍減小，輸出會產(chǎn)生三階五階互調(diào)和諧波失真。測試結(jié)果會不準(zhǔn)確。3.提高頻譜儀動態(tài)范圍：通過設(shè)置步進衰減器調(diào)節(jié)進入混頻器的電平，可以得到較大的動態(tài)范圍（3）衰減器衰減器主要有三個作用（3）混頻器混頻器的作用就是將輸入高頻信號轉(zhuǎn)換成中頻信號，由于混頻器是非線性器件，輸出會有很多頻率成分：但我們需要的是混頻方式有兩種：本振的基波混頻和諧波混頻，基波混頻是輸入信號與本振基波混頻，而諧波混頻是信號與本振信號的諧波混頻。諧波混頻會造成相對高的轉(zhuǎn)換損耗。混頻器對輸入RF小信號而言是線性網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)輸入信號幅度逐漸增大時，就存在著非線性失真問題，所以輸入信號的幅值應(yīng)低于頻譜分析儀混頻器的1dB壓縮點。RFLOIF（3）混頻器混頻器的作用就是將輸入高頻信號轉(zhuǎn)換成中頻信號，由上變頻是一個非線性過程。變頻器的輸入/輸出特性可以用臺勞級數(shù)來描述：

V0（t）=a0+a1x+a2x2+a3x3+。。。。。。（1）假設(shè)本振u1=Um1cosω1t,信號u2=Um2cosω2t

將x=Um1cosω1t,+Um2cosω2t代入式（1）,則可以求得V0（t）中的各頻率分量表達式：

ωo=|±pω1±qω2|p、q=0,1,2,…(2)式（2）表明,輸出信號包含基波、諧波、基波諧波的各種不同組合。為了簡單說明問題，現(xiàn)在我們只單獨來看（1）式中的x2項。將x=Um1cosω1t,+Um2cosω2t代入x2就得到：（Um1cosω1t,+Um2cosω2t）2=（Um1cosω1t）2+2

Um1cosω1tUm2cosω2t+（Um2cosω2t）2。。。。。。（3）

Um1cosω1tUm2cosω2t=1/2{Um1Um2[cos（ω1t＋ω2t）＋cos（ω1t-ω2t）]}?；祛l器上變頻是一個非線性過程。變頻器的輸入/輸出特性可以用臺勞級數(shù)（4）增益可變中頻放大器輸入信號經(jīng)過了前置衰減器，混頻器電平降低，為了恢復(fù)信號幅值，在混頻后對中頻信號進行放大。在放大有用信號的同時，噪聲和干擾信號也被同時放大與RF衰減器捆綁在一起（4）增益可變中頻放大器輸入信號經(jīng)過了前置衰減器，混頻器電平（5）中頻濾波器

中頻信號經(jīng)放大后，然后經(jīng)過中頻濾波器，中頻濾波器是一個帶通濾波器，它選出需要的混頻分量，抑制掉其他不需要的信號。中頻濾波器的帶寬決定了頻譜分析儀的RBW范圍根據(jù)頻譜分析儀類型不同，中頻濾波器有模擬濾波器、數(shù)字濾波器和FFT濾波器濾波器的帶寬通常為3MHz、1MHz、300KHz、100KHz、30KHz、10KHz、3KHz、1KHz、300Hz、100Hz、10Hz、1Hz（5）中頻濾波器

中頻信號經(jīng)放大后，然后經(jīng)過中頻濾波器，中頻分辨率帶寬（RBW）越窄靠近的兩個信號辨別越清楚RBW分辨率帶寬（RBW）越窄靠近的兩個信號辨別越清楚RBW（6）模擬濾波器模擬濾波器用來實現(xiàn)大的分辨率帶寬。一般頻譜儀為4級濾波電路，也有5級濾波電路產(chǎn)品，這樣可分別得到14和10的波形因子，然而理想的高斯濾波器的波形因子為4.6波形因子即帶寬選擇性，簡稱選擇性。在實際測量中，經(jīng)常會遇到這種情形，兩個頻率接近的信號幅度不等，大信號形成的響應(yīng)曲線掩蓋了小信號，使小信號丟失，所以很多公司產(chǎn)品提供了濾波器3dB帶寬，表示等幅正弦信號頻率相差多少時仍能將它們區(qū)分開，這樣的合成響應(yīng)曲線仍有兩個峰值，中間下沉大約3dB,如下圖所示（6）模擬濾波器模擬濾波器用來實現(xiàn)大的分辨率帶寬。一般頻譜有些頻譜分析儀的帶寬選擇性定義為60dB與3dB帶寬之比，如下圖，也有的頻譜分析儀的選擇性用60dB和6dB帶寬之比表示3dB60dB60dBBW3dBBW3dBBW選擇性=（7）濾波器矩形系數(shù)有些頻譜分析儀的帶寬選擇性定義為60dB與3dB帶寬之比，如兩等幅信號的測試3dB10kHz10kHzRBW兩等幅信號的測試3dB10kHz10kHzRBW3dB60dBRBW=1KRBW=10K3dB60dBRBW=1KRBW=10K（8）數(shù)字中頻濾波器通過數(shù)字濾波器可以獲得很窄的帶寬。和模擬濾波器相比，理想的高斯濾波器可以實現(xiàn)。數(shù)字濾波器在可接受的價格內(nèi)有更好的選擇性。如5級電路模擬濾波器的波形因子為10，高斯濾波器為4.6。另外，數(shù)字濾波器有更好的溫度穩(wěn)定性，無需調(diào)整，所以在帶寬上更加精確由于數(shù)字濾波器的瞬態(tài)相應(yīng)已經(jīng)確定，使用合適的修正系數(shù)可使數(shù)字濾波器獲得比模擬濾波器在相同帶寬的情況下更短的掃描時間典型選擇性

模擬15:1

數(shù)字5:1模擬濾波器數(shù)字濾波器（8）數(shù)字中頻濾波器通過數(shù)字濾波器可以獲得很窄的帶寬。和模擬（9）FFT濾波器如果單純?yōu)榱藴y試精度而設(shè)置非常窄的分辨率帶寬，則會造成無法容忍的長時間掃描，因此在非常高的分辨率的情況下建議采用FFT濾波器，從時域特性計算頻譜，見下圖。當(dāng)采用FFT濾波器時，頻率非常高的信號不能通過A/D直接采樣，須經(jīng)過與本振混頻變?yōu)橹蓄l并在時域?qū)ㄐ盘柸覺(t)A/DRAMFFT（9）FFT濾波器如果單純?yōu)榱藴y試精度而設(shè)置非常窄（10）對數(shù)放大器檢波器之前有一個對數(shù)放大器，對數(shù)放大器按照對數(shù)函數(shù)來壓縮信號電平（對于輸入電壓幅度v,輸出電壓幅度為logv），這大大減小了由檢波器所檢測的信號電平變化，而同時向用戶提供校準(zhǔn)成用分貝讀數(shù)的對數(shù)垂直刻度，在頻譜分析儀中，由于信號電平大幅度變化，故需要采用對數(shù)刻度對數(shù)放大器（10）對數(shù)放大器檢波器之前有一個對數(shù)放大器，對數(shù)放大器按照（11）檢波器頻譜分析儀一般都是用包絡(luò)檢波器把IF信號變換成視頻。包絡(luò)檢波器最簡單的形式是一個二極管后面接一個并聯(lián)的RC電路，如下圖峰值檢波器由二極管和RC電路組成，其輸出要跟隨IF信號的包絡(luò)而變化，它必然也具有一定的響應(yīng)時間，這就是檢波器的時間常數(shù)。時間常數(shù)太大，檢波器就不能及時跟上包絡(luò)變化的速度；掃描速度的快慢也會對檢波器輸出產(chǎn)生影響，掃描太快，檢波器電路來不及響應(yīng)，其輸出幅度也就反映不出包絡(luò)的變化（11）檢波器頻譜分析儀一般都是用包絡(luò)檢波器把IF信號變換成檢波方式不同的檢波方式在顯示屏上會有不同的數(shù)據(jù)處理，頻譜分析儀主要有以下檢波方式：最大峰值檢波最小峰值檢波取樣檢波RMS檢波器平均值檢波

最大峰值檢波取樣檢波最小峰值檢波檢波方式不同的檢波方式在顯示屏上會有不同的數(shù)據(jù)處理，頻譜分析（12）視頻濾波器視頻濾波器在包絡(luò)檢波器之后，視頻濾波器決定了視頻帶寬，視頻濾波器是第一級低通設(shè)置，用于從視頻信號中濾除噪聲，平滑軌跡，從而使顯示結(jié)果穩(wěn)定。和分辨率帶寬類似，視頻帶寬也會限制最大允許掃描速度，要達到最小的掃描時間需要增大視頻帶寬S/N比較低時，可以通過減小VBW來穩(wěn)定顯示，弱信號會在頻譜中突現(xiàn)出來并且穩(wěn)定可再現(xiàn)。在測量正弦波信號時，減小VBW，對電平無影響未經(jīng)視頻濾波經(jīng)過視頻濾波（12）視頻濾波器視頻濾波器在包絡(luò)檢波器之后，視頻濾波器決定（13）鋸齒波發(fā)生器、本振和顯示鋸齒波發(fā)生器既控制顯示器上X軸掃描位置，又控制LO的頻率，所以就可以通過校準(zhǔn)，用顯示器的水平軸來表示輸入信號頻率任何振蕩器都不是絕對穩(wěn)定的，而是在一定程度上被隨機噪聲調(diào)頻或調(diào)相的。LO的不穩(wěn)定性會直接影響由LO和輸入信號混頻后的中頻，因此，LO的相位噪聲調(diào)制邊帶也會在顯示器上任何譜分量的兩邊出現(xiàn)，LO越穩(wěn)定，相位噪聲越低YIG振蕩器經(jīng)常被用作本振，也由一些頻譜儀采用壓控振蕩器作為本振，其調(diào)節(jié)范圍較小，但較YIG調(diào)整起來更快；為了增加頻譜儀的頻率精度，本振信號可以是合成信號，也就是說，本振經(jīng)鎖相環(huán)鎖定在參考信號上。參考信號通常由一個溫控晶振產(chǎn)生，為了增加頻率精度與長期的穩(wěn)定性，大多數(shù)頻譜儀廣泛采用恒溫控制晶振（13）鋸齒波發(fā)生器、本振和顯示鋸齒波發(fā)生器既控制顯示器上X顯示屏X軸掃描Y軸信號顯示屏X軸掃描Y軸信號頻譜分析儀性能指標(biāo)頻譜分析儀有以下主要性能指標(biāo)：濾波器特性相位噪聲接收機的固有噪聲系統(tǒng)非線性1dB壓縮點動態(tài)范圍測量精度下面就這些指標(biāo)分別討論頻譜分析儀性能指標(biāo)頻譜分析儀有以下主要性能指標(biāo)：（1）分辯濾波器特性中頻濾波器需要矩形濾波器，但對頻譜分析儀而言，矩形濾波器的瞬態(tài)響應(yīng)是不合適的。由于這樣的濾波器與較長的瞬態(tài)響應(yīng)時間，輸入信號的頻譜應(yīng)通過十分緩慢的本振調(diào)諧變到中頻儀避免幅度誤差。使用優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)的高斯濾波器可以獲得較短的測試時間濾波器的特性常以波形系數(shù)來定義：SF＝BW（60dB）/BW(3dB)失真產(chǎn)物（1）分辯濾波器特性中頻濾波器需要矩形濾波器，但對頻譜分析儀（2）相位噪聲相位噪聲是振蕩器短時間穩(wěn)定度的度量參數(shù),盡管我們看不到頻譜分析儀LO系統(tǒng)的實際頻率抖動，但LO頻率或相位不穩(wěn)定的表現(xiàn)是可以觀察到的，這就是相位噪聲相位噪聲通常是以一個單載波的幅度為參考，并偏移一定的頻率下的單邊帶相位噪聲。這個數(shù)值是指在1Hz帶寬下的相對噪聲電平，故其單位為dBc(1Hz)或dBc/Hz,c表示載波，由于相位噪聲電平比載波電平低，所以定義為負(fù)值相位噪聲主要影響頻譜分析儀的分辨率和動態(tài)范圍噪聲邊帶（2）相位噪聲相位噪聲是振蕩器短時間穩(wěn)定度的度量參數(shù),盡管我（3）分析儀的固有噪聲固有噪聲可以理解為頻譜分析儀的熱噪聲。固有噪聲會導(dǎo)致輸入信號信噪比的惡化。所以固有噪聲是頻譜分析儀靈敏度的度量指標(biāo)，決定了頻譜分析儀的最小可檢測電平指標(biāo)中的顯示噪聲平均電平必須對應(yīng)相應(yīng)的分辨率帶寬和衰減器設(shè)置，因為這兩個指標(biāo)對顯示的噪聲電平都有影響。典型情況下是設(shè)置衰減器為0dB和最小分辨率帶寬RF衰減器設(shè)置和RBW對設(shè)置對顯示噪聲本底影響見下圖（3）分析儀的固有噪聲固有噪聲可以理解為頻譜分析儀的熱噪聲。減小帶寬=降低噪聲10dB10kHzRBW1kHzRBW10dB100kHzRBW（4）IF濾波器帶寬對噪聲電平的影響減小帶寬=降低噪聲10dB10kHzRBW1kH10dB信號電平（5）RF輸入衰減對噪聲電平的影響10dB衰減20dB衰減10dB信號電平（5）RF輸入衰減對噪聲電平的影響10dB（6）接收機的非線性特性由于頻譜分析儀中含有半導(dǎo)體器件，所以存在非線性。然而頻譜分析儀要求無失真顯示被測輸入信號，所以線性特性是頻譜分析儀必須的性能參量，對于單正弦波信號輸入的情況，由于存在非線性，會產(chǎn)生各次諧波，對于輸入信號是兩個幅度相等的正弦波信號的情況，除了產(chǎn)生諧波之外，同時也有互調(diào)產(chǎn)物，互調(diào)產(chǎn)物的階數(shù)是所含頻率各次項之和頻譜儀的線性主要由混頻器和中頻放大器決定，而輸入射頻衰減器實際上對線性是沒有影響的。如果由射頻衰減器改變混頻器的輸入電平，頻譜儀產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物電平將依其階數(shù)變化，而DUT產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物電平保持不變。所以調(diào)節(jié)衰減器可以判斷頻譜儀顯示的互調(diào)產(chǎn)物的來源：如果增加RF衰減，而諧波和互調(diào)產(chǎn)物的相對電平保持不變，說明失真來自DUT，測量結(jié)果正確；如果諧波和互調(diào)產(chǎn)物的相對電平有變化，則說明有部分失真來自頻譜分析儀內(nèi)部，測量結(jié)果不正確頻譜儀常用截止點（T.O.I）和1dB壓縮點來表征分析儀的非線性特性（6）接收機的非線性特性由于頻譜分析儀中含有半導(dǎo)體器件，所以

0dB-20dB-40dB-60dB-80dB-100dB-60dB-30dB0dB二次諧波三階互調(diào)混頻器二次諧波和三階互調(diào)

0dB-20dB-40dB-60dB-80dB-100dB-20dB-40dB-60dB-80dB-100dB-60dB-30dB0dB-0dBRBW=100Hz顯示噪聲RBW=1K顯示噪聲信噪比示圖

-20dB-40dB-60dB-80dB-100dB-60d-20dB-40dB二次諧波-60dB三階互調(diào)-80dBRBW=1K顯示噪聲-100dB-60dB-30dB0dB混頻器最佳工作區(qū)混頻器最佳工作區(qū)-20dB-40dB二次諧波-60dB三階互調(diào)-80dBRB（7）動態(tài)范圍動態(tài)范圍是頻譜分析儀同時處理不同電平信號的能力。動態(tài)范圍的限值依賴于實際所要進行的測量，動態(tài)范圍下限是由自然噪聲或相位噪聲決定的，動態(tài)范圍的上限是由1dB壓縮點或由頻譜儀過載而造成的失真決定的最大動態(tài)范圍通常是在最小分辨率帶寬情況下，顯示的噪聲做為下限，1dB壓縮點作為上限。如果達到第一級混頻器的輸入電平高出1dB壓縮點，那么將產(chǎn)生混頻器的非線性失真，使用較小的RBW時，失真產(chǎn)物就會明顯地顯示出來（他們不會被噪聲淹沒），此時的頻譜測量就不能明確反映被測設(shè)備的真實頻譜（7）動態(tài)范圍動態(tài)范圍是頻譜分析儀同時處理不同電平信號的能力

頻譜分析儀動態(tài)范圍頻譜分析儀的動態(tài)范圍指標(biāo)是表征頻譜儀同時測量大小信號的能力，用最大信號與最小信號之比的dB值表示。（1）混頻器的內(nèi)部失真-----限制了最大信號電平（2）內(nèi)部噪聲電平-----限制了最小信號電平（3）本振相位噪聲----限制了測量近端微弱信號的能力

根據(jù)上述分析，頻譜儀在使用時要注意上述影響因素，以獲得較大的動態(tài)范圍。通常，頻譜分析儀的動態(tài)范圍為70---120dBc。頻譜分析儀動態(tài)范圍頻譜分析儀的動態(tài)范圍指標(biāo)是表征頻譜儀同時（8）測量精度頻譜儀測量精度分為頻率測試精度和幅度測量精度頻率精度：頻譜儀的本振通過鎖相環(huán)同步到一個穩(wěn)定的參考振蕩器上，頻譜分析儀的頻率精度也就是參考源的精度，并且受參考源的溫度和長期穩(wěn)定度的影響。參考源通常采用溫度補償晶體振蕩器和箱控晶體振蕩器，產(chǎn)生的參考頻率收到環(huán)境溫度和操作期間老化的影響幅度測量精度：其誤差來源主要有頻率響應(yīng)，衰減器誤差，中頻增益誤差，線性誤差，帶寬切換誤差和失配誤差（8）測量精度頻譜儀測量精度分為頻率測試精度和幅度測量精度SpecificationsAccuracy:FrequencyReadoutAccuracyExampleSingleMarkerExample:2GHz400kHzspan3kHzRBWCalculation:(2x109Hz)x(1.3x10-7/yr.ref.error)=260Hz1%of400kHzspan=4000Hz15%of3kHzRBW=450Hz10Hzresidualerror=10HzTotal=4720HzAccuracy:RelativeAmplitudeAccuracy-Freq.ResponseSpecification:±1dBSignalsintheSameHarmonicBandSpecifications頻譜分析儀靈敏度

靈敏度是表示接收微弱信號的能力，而限制接收機靈敏度提高的主要因素是內(nèi)部噪聲電平。頻譜儀在不加任何信號時也會顯示噪聲電平，這個平均噪聲電平DANL（DisplayedAverageNoiseLevel）通常稱為本底噪聲（NoiseFloor）。本底噪聲在頻譜圖中表現(xiàn)為接近顯示器底部噪聲基線。因此，被測信號小于本底噪聲則測不出來。本底噪聲是頻譜儀自身產(chǎn)生的噪聲，其大部分來自中頻放大器第一級前的器件與電路的熱噪聲，且是寬帶白噪聲。常用的頻譜儀的靈敏度，一般數(shù)量級為－100---－150dBm。頻譜分析儀靈敏度靈敏度是表示接收微弱信號的能力，而限制頻譜分析儀靈敏度頻譜分析儀靈敏度本振信號中頻相位噪聲鏡像△fI△fI△fI本振信號中頻相位噪聲鏡像△fI△fI△fI（9）Sweeptime頻譜分析儀的掃描時間是掃描一次整個頻率量程并完成測量所需要的時間，也稱分析時間，我們一般都希望測量速度越快越好，因此希望掃描時間越短越好，和掃描時間有關(guān)聯(lián)的主要有：span、RBW和VBW，而且檢波器的時間常數(shù)對掃描時間也有影響當(dāng)VBW小于或等于RBW時，ST＝k×span/RBW/VBW，K為濾波器比例系數(shù)，掃描范圍越大，掃描時間越長。RBW越小，精度提高，但每次掃描的帶寬變窄，總的掃描時間會增加，VBW也同理。如果檢波器時間常數(shù)太大，檢波器就不能及時地跟上包絡(luò)變化的速度，測試時間也必須增加下圖是掃描時間太短的結(jié)果示意圖：頻率升高，幅值下降PHS頻譜測試時sweeptime設(shè)為4s，也可設(shè)置Auto（9）Sweeptime頻譜分析儀的掃描時間是掃描一次整個掃頻過快掃頻過快（10）Display由于在視頻濾波前的對數(shù)放大器，有壓縮特性，所以在測量范圍內(nèi)，幅值越大，精確度越高，所以在顯示器的70％～90％范圍內(nèi)測量最合適，測試時被測頻譜置于頻譜分析儀顯示屏的70％～90％范圍內(nèi)70％90％（10）Display由于在視頻濾波前的對數(shù)放大器，有壓縮特（11）detectormode頻譜分析儀一般都以正峰值作為其主要檢波方式，而把采樣方式作為輔助檢波方式。建議在測試雜散時采用正峰值檢波方式，即peak方式，因為不管分辯帶寬和視頻帶寬之比是多少，都不會丟失有用信號和雜散的信息。如果采用其他方式檢波，如果儀器其他參數(shù)設(shè)置不合理，就會丟失有用信息.（11）detectormode頻譜分析儀一般都以正峰值作借助限值線評估蹤跡圖測試實例借助限值線評估蹤跡圖測試實例射頻的空間測量

在移動通信系統(tǒng)中，常常用頻譜分析儀測量空間傳輸?shù)男盘栯娖?，尤其在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化系統(tǒng)工程里，用頻譜分析儀來測量空間的電場分布，也就是用頻譜分析儀測量空間的傳輸?shù)男盘栯娖剑üβ剩twrm9.4.3調(diào)制信號測量射頻的空間測量Ptwrm9.4.3調(diào)制信號測量（1）絕對電平（dBm）的測量當(dāng)被測信號電平不太大時，即小于20dBm，可將被測的信號電平（功率）直接輸入到頻譜分析儀，進行直接測量它的電平（功率）。如果，被測信號功率比較大時，頻譜分析儀輸入端接入一個較大功率的衰減器，被測信號是通過衰減器后輸入的頻譜儀的輸入端。

測量信號電平放大器信號源衰減器（1）絕對電平（dBm）的測量測量信號電平放信號源衰減器頻率測量放大器信號源中、高檔頻譜儀具有Counter功能，頻率測量精度較高。衰減器頻率測量放信號源中、高檔頻譜儀具有Counter功能，頻率測信號、雜波、諧波的測量放大器信號源雜波諧波信號、雜波、諧波的測量放信號源雜波諧波

調(diào)制信號測量

1．調(diào)幅信號的測量式中，稱為調(diào)幅系數(shù)，它的大小反映了調(diào)幅的深度。由式（9.29）表明，單音調(diào)制的已調(diào)幅信號包含有三個頻率分量，其中一個是載波，另外兩個對稱地分布在載波兩側(cè)，分別稱為上下邊帶分量。邊帶分量的幅度正好是調(diào)制信號幅度的一半，調(diào)幅信號的測試方法，通常有頻譜儀直接測量法（掃頻法）、時域法和FFT頻域法等測試方法。調(diào)制信號測量1．調(diào)幅信號的測量式中，稱為頻譜分析儀直接測量調(diào)幅信號（掃頻法）

圖（9.36）已調(diào)幅信號的頻譜圖例如，，則調(diào)制頻率，調(diào)幅度頻譜分析儀直接測量調(diào)幅信號（掃頻法）圖（9.36）已調(diào)幅時域方法測試調(diào)幅信號利用頻譜儀測試調(diào)幅信號的直接測量法，不適于調(diào)制頻率低于頻譜分析儀的分辨帶寬。在這種情況下，可采用所謂時域測量方法，該法是將頻譜儀的分辨帶寬增大到調(diào)制頻率的兩倍以上，并把掃頻寬度SPAN減到零（零跨度），把中心頻率調(diào)到被測調(diào)幅信號的載頻，此時頻譜儀實質(zhì)上是一臺調(diào)幅接收機，故顯示屏上顯示的圖象，即是被測調(diào)幅信號檢波后的包絡(luò)，如圖（9.37）所示。測出包絡(luò)的峰值和谷值，則可求調(diào)幅系數(shù)為時域方法測試調(diào)幅信號利用頻譜儀測試調(diào)幅信號的直接測量法，不時域方法測試調(diào)幅信號事例計算時域方法測試調(diào)幅信號事例計算調(diào)頻信號的測量一個已調(diào)頻信號電壓可用下式表示：其中，

稱為調(diào)頻系數(shù)，它的物理意義是在調(diào)頻過程中每單位調(diào)頻頻率所能產(chǎn)生的角頻率偏移的程度。調(diào)頻信號的頻譜是由無限邊帶組成的，然而，在窄帶調(diào)頻情況下，只有兩個主要的邊帶，它們的幅度相對于幅度為式中：為載波與邊帶第一根譜線幅度差；為調(diào)制指數(shù)；為最大調(diào)頻頻偏；為調(diào)制頻率。（1）已調(diào)頻波的基本特性

)調(diào)頻信號的測量一個已調(diào)頻信號電壓可用下式表示：其中，調(diào)頻信號的測量方法1）頻譜分析儀掃頻頻域法（對窄帶即調(diào)相）掃頻頻域法，實際上是用頻譜分析儀直接測量調(diào)頻信號，若用掃頻頻域法測量窄帶調(diào)頻時，頻鋪儀上顯示，如圖（9.38）所示。圖中得到則所以調(diào)頻信號的測量方法1）頻譜分析儀掃頻頻域法（對窄帶即調(diào)相）則Haberly方法Haberly方法

諧波失真和互調(diào)測量1．諧波失真度的測量一個純凈的正弦周期振蕩波，用下式表示：由于放大器的非線性作用，使輸出信號波產(chǎn)生了波形失真，此時，信號可用下式表示諧波失真和互調(diào)測量1．諧波失真度的測量一個純凈的正弦周期信號的非線性失真用非線性失真系數(shù)來表示，又稱為失真度，它的定義是各次諧波振幅的均方根值與基波振幅之比，用符號d來表示。一個非正弦的周期振蕩波為其非線性失真系數(shù)d為:為了便于測量，常常把各次諧波振幅的均方根值與信號總電壓之比，用d′表示:信號的非線性失真用非線性失真系數(shù)來表示，又稱為失真度，它的定1.用頻譜分析儀測試正弦波失真度頻譜分析法，是把非正弦周期振蕩信號的基波、各次諧波逐個分離出來進行測定，然后獲得其失真度數(shù)據(jù)。

用頻譜分析儀測試正弦波失真度放大器信號源諧波1.用頻譜分析儀測試正弦波失真度用頻譜分析儀測試正弦波失2．用頻譜分析儀進行互調(diào)測量放大器信號源信號源合路衰減器54.46÷2+（-5.70）=21.5355.28÷2+（-5.65）=21.992．用頻譜分析儀進行互調(diào)測量放信號源信號源合路衰減器54.4相位噪聲測量相位噪聲測量頻率源相位噪聲測量結(jié)果頻率源相位噪聲測量結(jié)果

寬范圍頻偏處的相位噪聲測量對數(shù)坐標(biāo)寬范圍頻偏處的相位噪聲測量對數(shù)坐標(biāo)數(shù)字調(diào)制頻譜圖（QPSK、QAM）微波通信發(fā)射機數(shù)字調(diào)制頻譜圖（QPSK、QAM）微波通信發(fā)射機BW掃頻信號源雙工器校準(zhǔn)在RBW﹤100KHz顯示黑譜線。當(dāng)RBW﹥1MHz時，只顯示蘭色輪廓。4.頻譜儀用作標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀按Trace鍵，選MaxHoldBW掃頻信雙工器校準(zhǔn)在RBW﹤100KHz顯示黑譜線。4.用頻譜分析儀測量數(shù)字調(diào)制信號的功率RBW100KHzBW如果Marker=-30dBm，BW=1MHz，RBW=100KHz則總功率P=（-30-10Lg100000）×10Lg（BW）

=-80+60=-20dBm網(wǎng)絡(luò)分析儀可以測試頻率、信號頻譜、電壓、功率，但是不能測量阻抗。用頻譜分析儀測量數(shù)字調(diào)制信號的功率RBW100KHzBW如果謝謝謝謝SettingUpforRecordingBeginsrecordingyourPowerPointPresentation.RecordsAudioforthePowerPointslides.RecordsCamerawiththePowerPointPresentation.DisplaystheCameraPreviewduringrecording.ClicktheRecordingoptionsicontosetupspecificoptionsforrecording,including:RecordsthemousecursorVideoandAudioFormatAudiosourceCameraSetupHotkeysforRecord/PauseandStopOpenshelptopicformoreinformation.TheCamtasiaStudioRecordingToolbarwithinPowerPointSettingUpforRecordingBeginsDuringRecording1.ClickrecordtolaunchtheSlideshow.2.Checkthemicrophoneinputlevel.Whenready,selecttheClicktobeginrecordingbuttonorusethehotkeys.3.ControlthePowerPointpresentationnormallyduringtherecording.4.PressEsctostoprecording.DuringRecording1.ClickrecoAfterRecording1.Attheendoftherecording;choose

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AfterRecording1.AttheendoCancellingaRecording1.Press2.WhentheSaveCamtasiaRecordingAs…dialogboxappears,

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todeletethecurrentvideocapture,clickYes.CancellingaRecording1.Pres頻譜分析儀頻譜分析儀主要內(nèi)容介紹頻譜分析儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理介紹頻譜分析儀主要參數(shù)的設(shè)置闡述頻譜分析儀的主要測量應(yīng)用簡述注意事項8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHz主要內(nèi)容介紹頻譜分析儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理8563ASPECT要達到的學(xué)習(xí)目標(biāo)了解頻譜分析儀結(jié)構(gòu)原理熟練應(yīng)用頻譜分析儀合理設(shè)置頻譜分析儀主要參數(shù)降低測試誤差要達到的學(xué)習(xí)目標(biāo)了解頻譜分析儀結(jié)構(gòu)原理頻域和時域的概念時域：是信號在時間軸上顯示的波形

頻域：是在頻率軸上顯示信號所包含的頻率tufu頻域和時域的概念時域：是信號在時間軸上顯示的波形tufu頻域和時域傅立葉變換原理告訴我們：任何時域內(nèi)電信號都是由一個或多個不同頻率、不同幅度和不同相位的正弦波或余弦波組成的，但應(yīng)用示波器無法觀察到頻域內(nèi)信息，只能在時域內(nèi)觀察到信號波形；應(yīng)用頻譜分析儀在頻域測量，就能顯示出信號所包含的所有正弦波或余弦波的頻率分量；頻域和時域傅立葉變換原理告訴我們：任何時域內(nèi)電信號都是由一個幅度(功率)頻率時域測量頻域測量時間幅度頻率時域測量頻域測量時間tU時域f03f0f頻域tU時域f03f0f頻域上圖是信號在時域和頻域內(nèi)觀察的結(jié)果，由此可以清楚看出信號在時域得到的是信號的波形信息，不能分析頻率分量。如果存在干擾或諧波失真信號，在時域上無法區(qū)分。在頻域上可以準(zhǔn)確地測量有用信號和無用信號的各種參數(shù)。這就是頻域觀察的必要性。頻域觀察的必要性上圖是信號在時域和頻域內(nèi)觀察的結(jié)果，由此可以清楚看出信號在時2頻譜分析儀結(jié)構(gòu)及原理頻譜分析儀的類型1.譜分析儀主要有超外差式頻譜分析儀2.快速傅立葉變換（FFT）頻譜分析儀：被分析的信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣，變成離散信號，采樣值被保存在一個存儲器中，經(jīng)過離散FFT變換計算，計算出信號的頻譜。FFT分析儀僅適合測量低頻信號。2頻譜分析儀結(jié)構(gòu)及原理頻譜分析儀的類型超外差頻譜分析儀這種頻譜分析儀，首先輸入信號與連續(xù)掃頻本振進行混頻，再與固定本振混頻變到中頻21.4MHz，經(jīng)過可變增益放大器中頻濾波器，再經(jīng)一個可變增益放大器（或?qū)?shù)放大器）經(jīng)過檢波視頻濾波顯示在顯示屏上的頻率軸上。超外差頻譜分析儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖超外差頻譜分析儀這種頻譜分析儀，首先輸入信號與連續(xù)掃頻濾波器頻率基準(zhǔn)對數(shù)放大器RF輸入衰減器混頻器IF濾波器包絡(luò)檢波器視頻濾波器本地振蕩器掃頻發(fā)生器IF增益輸入顯示IF增益濾波器頻率基準(zhǔn)對數(shù)RF輸入混頻器IF包絡(luò)檢波器視頻本地掃t/f輸入信號與本振混頻經(jīng)中頻濾波顯示在屏幕上f2f1f3finfloIF=flo-finIFt1/f1t2/f2t3/f3混頻濾波ff屏幕顯示檢波t1t2t3f1f2f3(f1、f2,f3)(f1,f2、f3)(f1,f2、f3)L1L2L3t/f輸入信號與本振混頻經(jīng)中頻濾波顯示在屏幕上f2f1f3f（1）射頻輸入部分（前端）在電信領(lǐng)域中應(yīng)用的測量儀器的輸入要求一樣，頻譜分析儀通常采用的輸入阻抗50歐姆。為了能在輸入阻抗的系統(tǒng)中應(yīng)用，如有線電視、廣播系統(tǒng)中，比輸入阻抗應(yīng)用更為廣泛，在這樣的系統(tǒng)中用頻譜分析儀進行測試時，通常需要一個的阻抗變換器，否則，會由于不匹配造成的測量誤差。實現(xiàn)轉(zhuǎn)換最簡單的方法是串一個的阻抗。雖然后者的插入損耗低（大約1.8dB），但只是輸入的匹配，而輸出到頻譜儀的射頻連接卻處于失配，如圖（9.14）a所示。頻譜儀的輸入阻抗偏離了，由于多徑反射會造成測量誤差。為此，建議使用兩端都匹配的衰減器（如或衰減器），如圖（9.14）b所示，在這種情況下，會造成高的插入損耗。匹配（1）射頻輸入部分（前端）匹配（2）低通濾波器低通濾波器的主要作用是抑制鏡像頻率。LORFIF鏡像（2）低通濾波器低通濾波器的主要作用是抑制鏡像頻率。LORF為了保證接收有用信號的質(zhì)量，需在射頻混頻器前加入濾波器來抑制鏡像頻率。信號帶寬窄采用低中頻模式比較容易處理。見下圖：~本振混頻低通衰減帶通混頻：信號鏡像中頻低通△fI本振finminfimminfLmin低中頻模式：△fI△fI為了保證接收有用信號的質(zhì)量，需在射頻混頻器前加入濾波器來抑制fLfimfinfI△fI△fI△fI△fI△fIfLfinfim當(dāng)輸入信號頻帶很寬時，采用低中頻混頻模式，鏡像與信號重疊。低通濾波器不能將鏡像噪聲濾除，中頻將疊加鏡像噪聲。解決這個問題的方法是采用比信號高的中頻方案。見下頁：低中頻模式不能抑制鏡像fLfimfinfI△fI△fI△fI△fI△fIfLfin采用高中頻模式將信號與鏡像分開輸入信號本振鏡像中頻fIfinminfinmaxfLminfLmaxfimmin△fI△fI△fI△fI高中頻模式可以抑制鏡像采用高中頻模式將信號與鏡像分開輸入信號本振鏡像中頻fIfin（3）衰減器衰減器主要有三個作用1.保護頻譜儀不受損壞：測量高電平信號時，為了不燒壞頻譜分析儀，必須對信號進行衰減；2.提高測試的準(zhǔn)確性：混頻器是非線性器件，當(dāng)混頻器輸入信號電平較高時，輸出信號電平超過混頻器1dB壓縮點電平，使無互調(diào)范圍減小，輸出會產(chǎn)生三階五階互調(diào)和諧波失真。測試結(jié)果會不準(zhǔn)確。3.提高頻譜儀動態(tài)范圍：通過設(shè)置步進衰減器調(diào)節(jié)進入混頻器的電平，可以得到較大的動態(tài)范圍（3）衰減器衰減器主要有三個作用（3）混頻器混頻器的作用就是將輸入高頻信號轉(zhuǎn)換成中頻信號，由于混頻器是非線性器件，輸出會有很多頻率成分：但我們需要的是混頻方式有兩種：本振的基波混頻和諧波混頻，基波混頻是輸入信號與本振基波混頻，而諧波混頻是信號與本振信號的諧波混頻。諧波混頻會造成相對高的轉(zhuǎn)換損耗?；祛l器對輸入RF小信號而言是線性網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)輸入信號幅度逐漸增大時，就存在著非線性失真問題，所以輸入信號的幅值應(yīng)低于頻譜分析儀混頻器的1dB壓縮點。RFLOIF（3）混頻器混頻器的作用就是將輸入高頻信號轉(zhuǎn)換成中頻信號，由上變頻是一個非線性過程。變頻器的輸入/輸出特性可以用臺勞級數(shù)來描述：

V0（t）=a0+a1x+a2x2+a3x3+。。。。。。（1）假設(shè)本振u1=Um1cosω1t,信號u2=Um2cosω2t

將x=Um1cosω1t,+Um2cosω2t代入式（1）,則可以求得V0（t）中的各頻率分量表達式：

ωo=|±pω1±qω2|p、q=0,1,2,…(2)式（2）表明,輸出信號包含基波、諧波、基波諧波的各種不同組合。為了簡單說明問題，現(xiàn)在我們只單獨來看（1）式中的x2項。將x=Um1cosω1t,+Um2cosω2t代入x2就得到：（Um1cosω1t,+Um2cosω2t）2=（Um1cosω1t）2+2

Um1cosω1tUm2cosω2t+（Um2cosω2t）2。。。。。。（3）

Um1cosω1tUm2cosω2t=1/2{Um1Um2[cos（ω1t＋ω2t）＋cos（ω1t-ω2t）]}。混頻器上變頻是一個非線性過程。變頻器的輸入/輸出特性可以用臺勞級數(shù)（4）增益可變中頻放大器輸入信號經(jīng)過了前置衰減器，混頻器電平降低，為了恢復(fù)信號幅值，在混頻后對中頻信號進行放大。在放大有用信號的同時，噪聲和干擾信號也被同時放大與RF衰減器捆綁在一起（4）增益可變中頻放大器輸入信號經(jīng)過了前置衰減器，混頻器電平（5）中頻濾波器

中頻信號經(jīng)放大后，然后經(jīng)過中頻濾波器，中頻濾波器是一個帶通濾波器，它選出需要的混頻分量，抑制掉其他不需要的信號。中頻濾波器的帶寬決定了頻譜分析儀的RBW范圍根據(jù)頻譜分析儀類型不同，中頻濾波器有模擬濾波器、數(shù)字濾波器和FFT濾波器濾波器的帶寬通常為3MHz、1MHz、300KHz、100KHz、30KHz、10KHz、3KHz、1KHz、300Hz、100Hz、10Hz、1Hz（5）中頻濾波器

中頻信號經(jīng)放大后，然后經(jīng)過中頻濾波器，中頻分辨率帶寬（RBW）越窄靠近的兩個信號辨別越清楚RBW分辨率帶寬（RBW）越窄靠近的兩個信號辨別越清楚RBW（6）模擬濾波器模擬濾波器用來實現(xiàn)大的分辨率帶寬。一般頻譜儀為4級濾波電路，也有5級濾波電路產(chǎn)品，這樣可分別得到14和10的波形因子，然而理想的高斯濾波器的波形因子為4.6波形因子即帶寬選擇性，簡稱選擇性。在實際測量中，經(jīng)常會遇到這種情形，兩個頻率接近的信號幅度不等，大信號形成的響應(yīng)曲線掩蓋了小信號，使小信號丟失，所以很多公司產(chǎn)品提供了濾波器3dB帶寬，表示等幅正弦信號頻率相差多少時仍能將它們區(qū)分開，這樣的合成響應(yīng)曲線仍有兩個峰值，中間下沉大約3dB,如下圖所示（6）模擬濾波器模擬濾波器用來實現(xiàn)大的分辨率帶寬。一般頻譜有些頻譜分析儀的帶寬選擇性定義為60dB與3dB帶寬之比，如下圖，也有的頻譜分析儀的選擇性用60dB和6dB帶寬之比表示3dB60dB60dBBW3dBBW3dBBW選擇性=（7）濾波器矩形系數(shù)有些頻譜分析儀的帶寬選擇性定義為60dB與3dB帶寬之比，如兩等幅信號的測試3dB10kHz10kHzRBW兩等幅信號的測試3dB10kHz10kHzRBW3dB60dBRBW=1KRBW=10K3dB60dBRBW=1KRBW=10K（8）數(shù)字中頻濾波器通過數(shù)字濾波器可以獲得很窄的帶寬。和模擬濾波器相比，理想的高斯濾波器可以實現(xiàn)。數(shù)字濾波器在可接受的價格內(nèi)有更好的選擇性。如5級電路模擬濾波器的波形因子為10，高斯濾波器為4.6。另外，數(shù)字濾波器有更好的溫度穩(wěn)定性，無需調(diào)整，所以在帶寬上更加精確由于數(shù)字濾波器的瞬態(tài)相應(yīng)已經(jīng)確定，使用合適的修正系數(shù)可使數(shù)字濾波器獲得比模擬濾波器在相同帶寬的情況下更短的掃描時間典型選擇性

模擬15:1

數(shù)字5:1模擬濾波器數(shù)字濾波器（8）數(shù)字中頻濾波器通過數(shù)字濾波器可以獲得很窄的帶寬。和模擬（9）FFT濾波器如果單純?yōu)榱藴y試精度而設(shè)置非常窄的分辨率帶寬，則會造成無法容忍的長時間掃描，因此在非常高的分辨率的情況下建議采用FFT濾波器，從時域特性計算頻譜，見下圖。當(dāng)采用FFT濾波器時，頻率非常高的信號不能通過A/D直接采樣，須經(jīng)過與本振混頻變?yōu)橹蓄l并在時域?qū)ㄐ盘柸覺(t)A/DRAMFFT（9）FFT濾波器如果單純?yōu)榱藴y試精度而設(shè)置非常窄（10）對數(shù)放大器檢波器之前有一個對數(shù)放大器，對數(shù)放大器按照對數(shù)函數(shù)來壓縮信號電平（對于輸入電壓幅度v,輸出電壓幅度為logv），這大大減小了由檢波器所檢測的信號電平變化，而同時向用戶提供校準(zhǔn)成用分貝讀數(shù)的對數(shù)垂直刻度，在頻譜分析儀中，由于信號電平大幅度變化，故需要采用對數(shù)刻度對數(shù)放大器（10）對數(shù)放大器檢波器之前有一個對數(shù)放大器，對數(shù)放大器按照（11）檢波器頻譜分析儀一般都是用包絡(luò)檢波器把IF信號變換成視頻。包絡(luò)檢波器最簡單的形式是一個二極管后面接一個并聯(lián)的RC電路，如下圖峰值檢波器由二極管和RC電路組成，其輸出要跟隨IF信號的包絡(luò)而變化，它必然也具有一定的響應(yīng)時間，這就是檢波器的時間常數(shù)。時間常數(shù)太大，檢波器就不能及時跟上包絡(luò)變化的速度；掃描速度的快慢也會對檢波器輸出產(chǎn)生影響，掃描太快，檢波器電路來不及響應(yīng)，其輸出幅度也就反映不出包絡(luò)的變化（11）檢波器頻譜分析儀一般都是用包絡(luò)檢波器把IF信號變換成檢波方式不同的檢波方式在顯示屏上會有不同的數(shù)據(jù)處理，頻譜分析儀主要有以下檢波方式：最大峰值檢波最小峰值檢波取樣檢波RMS檢波器平均值檢波

最大峰值檢波取樣檢波最小峰值檢波檢波方式不同的檢波方式在顯示屏上會有不同的數(shù)據(jù)處理，頻譜分析（12）視頻濾波器視頻濾波器在包絡(luò)檢波器之后，視頻濾波器決定了視頻帶寬，視頻濾波器是第一級低通設(shè)置，用于從視頻信號中濾除噪聲，平滑軌跡，從而使顯示結(jié)果穩(wěn)定。和分辨率帶寬類似，視頻帶寬也會限制最大允許掃描速度，要達到最小的掃描時間需要增大視頻帶寬S/N比較低時，可以通過減小VBW來穩(wěn)定顯示，弱信號會在頻譜中突現(xiàn)出來并且穩(wěn)定可再現(xiàn)。在測量正弦波信號時，減小VBW，對電平無影響未經(jīng)視頻濾波經(jīng)過視頻濾波（12）視頻濾波器視頻濾波器在包絡(luò)檢波器之后，視頻濾波器決定（13）鋸齒波發(fā)生器、本振和顯示鋸齒波發(fā)生器既控制顯示器上X軸掃描位置，又控制LO的頻率，所以就可以通過校準(zhǔn)，用顯示器的水平軸來表示輸入信號頻率任何振蕩器都不是絕對穩(wěn)定的，而是在一定程度上被隨機噪聲調(diào)頻或調(diào)相的。LO的不穩(wěn)定性會直接影響由LO和輸入信號混頻后的中頻，因此，LO的相位噪聲調(diào)制邊帶也會在顯示器上任何譜分量的兩邊出現(xiàn)，LO越穩(wěn)定，相位噪聲越低YIG振蕩器經(jīng)常被用作本振，也由一些頻譜儀采用壓控振蕩器作為本振，其調(diào)節(jié)范圍較小，但較YIG調(diào)整起來更快；為了增加頻譜儀的頻率精度，本振信號可以是合成信號，也就是說，本振經(jīng)鎖相環(huán)鎖定在參考信號上。參考信號通常由一個溫控晶振產(chǎn)生，為了增加頻率精度與長期的穩(wěn)定性，大多數(shù)頻譜儀廣泛采用恒溫控制晶振（13）鋸齒波發(fā)生器、本振和顯示鋸齒波發(fā)生器既控制顯示器上X顯示屏X軸掃描Y軸信號顯示屏X軸掃描Y軸信號頻譜分析儀性能指標(biāo)頻譜分析儀有以下主要性能指標(biāo)：濾波器特性相位噪聲接收機的固有噪聲系統(tǒng)非線性1dB壓縮點動態(tài)范圍測量精度下面就這些指標(biāo)分別討論頻譜分析儀性能指標(biāo)頻譜分析儀有以下主要性能指標(biāo)：（1）分辯濾波器特性中頻濾波器需要矩形濾波器，但對頻譜分析儀而言，矩形濾波器的瞬態(tài)響應(yīng)是不合適的。由于這樣的濾波器與較長的瞬態(tài)響應(yīng)時間，輸入信號的頻譜應(yīng)通過十分緩慢的本振調(diào)諧變到中頻儀避免幅度誤差。使用優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)的高斯濾波器可以獲得較短的測試時間濾波器的特性常以波形系數(shù)來定義：SF＝BW（60dB）/BW(3dB)失真產(chǎn)物（1）分辯濾波器特性中頻濾波器需要矩形濾波器，但對頻譜分析儀（2）相位噪聲相位噪聲是振蕩器短時間穩(wěn)定度的度量參數(shù),盡管我們看不到頻譜分析儀LO系統(tǒng)的實際頻率抖動，但LO頻率或相位不穩(wěn)定的表現(xiàn)是可以觀察到的，這就是相位噪聲相位噪聲通常是以一個單載波的幅度為參考，并偏移一定的頻率下的單邊帶相位噪聲。這個數(shù)值是指在1Hz帶寬下的相對噪聲電平，故其單位為dBc(1Hz)或dBc/Hz,c表示載波，由于相位噪聲電平比載波電平低，所以定義為負(fù)值相位噪聲主要影響頻譜分析儀的分辨率和動態(tài)范圍噪聲邊帶（2）相位噪聲相位噪聲是振蕩器短時間穩(wěn)定度的度量參數(shù),盡管我（3）分析儀的固有噪聲固有噪聲可以理解為頻譜分析儀的熱噪聲。固有噪聲會導(dǎo)致輸入信號信噪比的惡化。所以固有噪聲是頻譜分析儀靈敏度的度量指標(biāo)，決定了頻譜分析儀的最小可檢測電平指標(biāo)中的顯示噪聲平均電平必須對應(yīng)相應(yīng)的分辨率帶寬和衰減器設(shè)置，因為這兩個指標(biāo)對顯示的噪聲電平都有影響。典型情況下是設(shè)置衰減器為0dB和最小分辨率帶寬RF衰減器設(shè)置和RBW對設(shè)置對顯示噪聲本底影響見下圖（3）分析儀的固有噪聲固有噪聲可以理解為頻譜分析儀的熱噪聲。減小帶寬=降低噪聲10dB10kHzRBW1kHzRBW10dB100kHzRBW（4）IF濾波器帶寬對噪聲電平的影響減小帶寬=降低噪聲10dB10kHzRBW1kH10dB信號電平（5）RF輸入衰減對噪聲電平的影響10dB衰減20dB衰減10dB信號電平（5）RF輸入衰減對噪聲電平的影響10dB（6）接收機的非線性特性由于頻譜分析儀中含有半導(dǎo)體器件，所以存在非線性。然而頻譜分析儀要求無失真顯示被測輸入信號，所以線性特性是頻譜分析儀必須的性能參量，對于單正弦波信號輸入的情況，由于存在非線性，會產(chǎn)生各次諧波，對于輸入信號是兩個幅度相等的正弦波信號的情況，除了產(chǎn)生諧波之外，同時也有互調(diào)產(chǎn)物，互調(diào)產(chǎn)物的階數(shù)是所含頻率各次項之和頻譜儀的線性主要由混頻器和中頻放大器決定，而輸入射頻衰減器實際上對線性是沒有影響的。如果由射頻衰減器改變混頻器的輸入電平，頻譜儀產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物電平將依其階數(shù)變化，而DUT產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物電平保持不變。所以調(diào)節(jié)衰減器可以判斷頻譜儀顯示的互調(diào)產(chǎn)物的來源：如果增加RF衰減，而諧波和互調(diào)產(chǎn)物的相對電平保持不變，說明失真來自DUT，測量結(jié)果正確；如果諧波和互調(diào)產(chǎn)物的相對電平有變化，則說明有部分失真來自頻譜分析儀內(nèi)部，測量結(jié)果不正確頻譜儀常用截止點（T.O.I）和1dB壓縮點來表征分析儀的非線性特性（6）接收機的非線性特性由于頻譜分析儀中含有半導(dǎo)體器件，所以

0dB-20dB-40dB-60dB-80dB-100dB-60dB-30dB0dB二次諧波三階互調(diào)混頻器二次諧波和三階互調(diào)

0dB-20dB-40dB-60dB-80dB-100dB-20dB-40dB-60dB-80dB-100dB-60dB-30dB0dB-0dBRBW=100Hz顯示噪聲RBW=1K顯示噪聲信噪比示圖

-20dB-40dB-60dB-80dB-100dB-60d-20dB-40dB二次諧波-60dB三階互調(diào)-80dBRBW=1K顯示噪聲-100dB-60dB-30dB0dB混頻器最佳工作區(qū)混頻器最佳工作區(qū)-20dB-40dB二次諧波-60dB三階互調(diào)-80dBRB（7）動態(tài)范圍動態(tài)范圍是頻譜分析儀同時處理不同電平信號的能力。動態(tài)范圍的限值依賴于實際所要進行的測量，動態(tài)范圍下限是由自然噪聲或相位噪聲決定的，動態(tài)范圍的上限是由1dB壓縮點或由頻譜儀過載而造成的失真決定的最大動態(tài)范圍通常是在最小分辨率帶寬情況下，顯示的噪聲做為下限，1dB壓縮點作為上限。如果達到第一級混頻器的輸入電平高出1dB壓縮點，那么將產(chǎn)生混頻器的非線性失真，使用較小的RBW時，失真產(chǎn)物就會明顯地顯示出來（他們不會被噪聲淹沒），此時的頻譜測量就不能明確反映被測設(shè)備的真實頻譜（7）動態(tài)范圍動態(tài)范圍是頻譜分析儀同時處理不同電平信號的能力

頻譜分析儀動態(tài)范圍頻譜分析儀的動態(tài)范圍指標(biāo)是表征頻譜儀同時測量大小信號的能力，用最大信號與最小信號之比的dB值表示。（1）混頻器的內(nèi)部失真-----限制了最大信號電平（2）內(nèi)部噪聲電平-----限制了最小信號電平（3）本振相位噪聲----限制了測量近端微弱信號的能力

根據(jù)上述分析，頻譜儀在使用時要注意上述影響因素，以獲得較大的動態(tài)范圍。通常，頻譜分析儀的動態(tài)范圍為70---120dBc。頻譜分析儀動態(tài)范圍頻譜分析儀的動態(tài)范圍指標(biāo)是表征頻譜儀同時（8）測量精度頻譜儀測量精度分為頻率測試精度和幅度測量精度頻率精度：頻譜儀的本振通過鎖相環(huán)同步到一個穩(wěn)定的參考振蕩器上，頻譜分析儀的頻率精度也就是參考源的精度，并且受參考源的溫度和長期穩(wěn)定度的影響。參考源通常采用溫度補償晶體振蕩器和箱控晶體振蕩器，產(chǎn)生的參考頻率收到環(huán)境溫度和操作期間老化的影響幅度測量精度：其誤差來源主要有頻率響應(yīng)，衰減器誤差，中頻增益誤差，線性誤差，帶寬切換誤差和失配誤差（8）測量精度頻譜儀測量精度分為頻率測試精度和幅度測量精度SpecificationsAccuracy:FrequencyReadoutAccuracyExampleSingleMarkerExample:2GHz400kHzspan3kHzRBWCalculation:(2x109Hz)x(1.3x10-7/yr.ref.error)=260Hz1%of400kHzspan=4000Hz15%of3kHzRBW=450Hz10Hzresidualerror=10HzTotal=4720HzAccuracy:RelativeAmplitudeAccuracy-Freq.ResponseSpecification:±1dBSignalsintheSameHarmonicBandSpecifications頻譜分析儀靈敏度

靈敏度是表示接收微弱信號的能力，而限制接收機靈敏度提高的主要因素是內(nèi)部噪聲電平。頻譜儀在不加任何信號時也會顯示噪聲電平，這個平均噪聲電平DANL（DisplayedAverageNoiseLevel）通常稱為本底噪聲（NoiseFloor）。本底噪聲在頻譜圖中表現(xiàn)為接近顯示器底部噪聲基線。因此，被測信號小于本底噪聲則測不出來。本底噪聲是頻譜儀自身產(chǎn)生的噪聲，其大部分來自中頻放大器第一級前的器件與電路的熱噪聲，且是寬帶白噪聲。常用的頻譜儀的靈敏度，一般數(shù)量級為－100---－150dBm。頻譜分析儀靈敏度靈敏度是表示接收微弱信號的能力，而限制頻譜分析儀靈敏度頻譜分析儀靈敏度本振信號中頻相位噪聲鏡像△fI△fI△fI本振信號中頻相位噪聲鏡像△fI△fI△fI（9）Sweeptime頻譜分析儀的掃描時間是掃描一次整個頻率量程并完成測量所需要的時間，也稱分析時間，我們一般都希望測量速度越快越好，因此希望掃描時間越短越好，和掃描時間有關(guān)聯(lián)的主要有：span、RBW和VBW，而且檢波器的時間常數(shù)對掃描時間也有影響當(dāng)VBW小于或等于RBW時，ST＝k×span/RBW/VBW，K為濾波器比例系數(shù)，掃描范圍越大，掃描時間越長。RBW越小，精度提高，但每次掃描的帶寬變窄，總的掃描時間會增加，VBW也同理。如果檢波器時間常數(shù)太大，檢波器就不能及時地跟上包絡(luò)變化的速度，測試時間也必須增加下圖是掃描時間太短的結(jié)果示意圖：頻率升高，幅值下降PHS頻譜測試時sweeptime設(shè)為4s，也可設(shè)置Auto（9）Sweeptime頻譜分析儀的掃描時間是掃描一次整個掃頻過快掃頻過快（10）Display由于在視頻濾波前的對數(shù)放大器，有壓縮特性，所以在測量范圍內(nèi)，幅值越大，精確度越高，所以在顯示器的70％～90％范圍內(nèi)測量最合適，測試時被測頻譜置于頻譜分析儀顯示屏的70％～90％范圍內(nèi)70％90％（10）Display由于在視頻濾波前的對數(shù)放大器，有壓縮特（11）detectormode頻譜分析儀一般都以正峰值作為其主要檢波方式，而把采樣方式作為輔助檢波方式。建議在測試雜散時采用正峰值檢波方式，即peak方式，因為不管分辯帶寬和視頻帶寬之比是多少，都不會丟失有用信號和雜散的信息。如果采用其他方式檢波，如果儀器其他參數(shù)設(shè)置不合理，就會丟失有用信息.（11）detectormode頻譜分析儀一般都以正峰值作借助限值線評估蹤跡圖測試實例借助限值線評估蹤跡圖測試實例射頻的空間測量

在移動通信系統(tǒng)中，常常用頻譜分析儀測量空間傳輸?shù)男盘栯娖?，尤其在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化系統(tǒng)工程里，用頻譜分析儀來測量空間的電場分布，也就是用頻譜分析儀測量空間的傳輸?shù)男盘栯娖剑üβ剩twrm9.4.3調(diào)制信號測量射頻的空間測量Ptwrm9.4.3調(diào)制信號測量（1）絕對電平（dBm）的測量當(dāng)被測信號電平不太大時，即小于20dBm，可將被測的信號電平（功率）直接輸入到頻譜分析儀，進行直接測量它的電平（功率）。如果，被測信號功率比較大時，頻譜分析儀輸入端接入一個較大功率的衰減器，被測信號是通過衰減器后輸入的頻譜儀的輸入端。

測量信號電平放大器信號源衰減器（1）絕對電平（dBm）的測量測量信號電平放信號源衰減器頻率測量放大器信號源中、高檔頻譜儀具有Counter功能，頻率測量精度較高。衰減器頻率測量放信號源中、高檔頻譜儀具有Counter功能，頻率測信號、雜波、諧波的測量放大器信號源雜波諧波信號、雜波、諧波的測量放信號源雜波諧波

調(diào)制信號測量

1．調(diào)幅信號的測量式中，稱為調(diào)幅系數(shù)，它的大小反映了調(diào)幅的深度。由式（9.29）表明，單音調(diào)制的已調(diào)幅信號包含有三個頻率分量，其中一個是載波，另外兩個對稱地分布在載波兩側(cè)，分別稱為上下邊帶分量。邊帶分量的幅度正好是調(diào)制信號幅度的一半，調(diào)幅信號的測試方法，通常有頻譜儀直接測量法（掃頻法）、時域法和FFT頻域法等測試方法。調(diào)制信號測量1．調(diào)幅信號的測量式中，稱為頻譜分析儀直接測量調(diào)幅信號（掃頻法）

圖（9.36）已調(diào)幅信號的頻譜圖例如，，則調(diào)制頻率，調(diào)幅度頻譜分析儀直接測量調(diào)幅信號（掃頻法）圖（9.36）已調(diào)幅時域方法測試調(diào)幅信號利用頻譜儀測試調(diào)幅信號的直接測量法，不適于調(diào)制頻率低于頻譜分析儀的分辨帶寬。在這種情況下，可采用所謂時域測量方法，該法是將頻譜儀的分辨帶寬增大到調(diào)制頻率的兩倍以上，并把掃頻寬度SPAN減到零（零跨度），把中心頻率調(diào)到被測調(diào)幅信號的載頻，此時頻譜儀實質(zhì)上是一臺調(diào)幅接收機，故顯示屏上顯示的圖象，即是被測調(diào)幅信號檢波后的包絡(luò)，如圖（9.37）所示。測出包絡(luò)的峰值和谷值，則可求調(diào)幅系數(shù)為時域方法測試調(diào)幅信號利用頻譜儀測試調(diào)幅信號的直接測量法，不時域方法測試調(diào)幅信號事例計算時域方法測試調(diào)幅信號事例計算調(diào)頻信號的測量一個已調(diào)頻信號電壓可用下式表示：其中，

稱為調(diào)頻系數(shù)，它的物理意義是在調(diào)頻過程中每單位調(diào)頻頻率所能產(chǎn)生的角頻率