频谱分析仪实际操作基础(最新)

频谱分析仪和信号发生器实际操作基础---仪器培训课程之四---主讲:林胜辉主要内容:一、频谱分析仪的基本原理；二、产品常用指标概念及测试方法；三、仪器操作注意事项；四、仪器规范性操作步骤；五、产品实际测试演示；一、频谱分析仪的基本原理1、扫频式频谱仪组成框图预选/低通滤波器晶振LogAmp输入衰减器混频器中频滤波器RBW检波器视频滤波器VBW本振扫描控制器中频放大Inputsignal显示器实际的CW信号会包含其它频率成份，这些寄生频率成份在频域上分为离散和连续分布特性2、CW信号的频域指标0.5f02f0f0载波次谐波相位噪声二次谐波杂散3、频谱仪的主要参数及特性：•频率显示范围中心频率和频率跨度起始频率和终止频率•电平显示范围REFLEL和输入ATT•频率分辨率分辨带宽RBW、VBW•扫描时间SWP•检波方式：最大值检波、最小值检波、自动峰值检波、取样检波、均方根检波、平均值检波、准峰值检波频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识1）屏幕横轴-----频率显示范围•中心频率Center和频率跨度SPAN•起始频率和终止频率频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识2）屏幕纵轴-----信号幅度Amplitude(电平显示范围设置)2.1参考电平Reflevel、Atten、scale/div含义频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识2.2参考电平Reflevel与Atten特性中频放大输入衰减器一、输入衰减器作用：（第一级处理，输入Attenuator）1、保证频谱仪在宽频范围内保持良好匹配特性；2、保护内部混频及中频处理电路，防止损坏；3、防止产生过大非线性失真；二、内部输入衰减器与中频放大器保持联动关系。中频放大器自动补偿衰减作用，输入信号测量不会受衰减器设置影响；三、当设置ATT改变为Auto时，改变参考电平时，ATT会随之改变。频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识2.3、参考电平偏移特性频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识2.3、参考电平偏移特性频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识3）、分辨力带宽RBW中频滤波器显示输入频谱中频滤波器的带宽(RBW)1、频谱仪依靠中频滤波器来分辨不同频率信号，许多关键指标（测量分辨率、测量灵敏度、测量速度、测量精度）都和中频滤波器的带宽和形状有关。2、RBW为能分辨两个相邻等幅信号的能力。RBW越小，其频率分辨率越高。3.1、RBW理解频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识3.2、RBW屏幕显示、设置RBW自动设置状态下，与仪表扫宽SPAN联动变化频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识3.3、分辨力带宽RBW定义.3dB10kHz10kHzRBW频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识3.6）、不同分辨带宽的滤波器对测试结果的影响红色踪迹：RBW=30kHz蓝色踪迹：RBW=3kHz红色踪迹：RBW=30kHz蓝色踪迹：RBW=3kHz频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识对等幅信号对不等幅信号4）、视频带宽VBW-----视频滤波器4.1VBW理解视频滤波器频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识4.2VBW设置对显示噪声有平滑作用，自动设置状态下与RBW联动变化频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识5）、扫描时间SweepTime5.1.定义:测试过程中，完成一次从起始频率到终止频率扫描所用的时间5.2.特性:2RBWSpankTSweepK--比例系数SPAN—测试频率带宽RBW—分辨率带宽扫描时间在自动状态下，与频谱仪SPAN、RBW、VBW设置有关,频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识5.3扫描时间设置对频率和电平测量误差的影响测试结果失准!蓝色踪迹：电平和频率产生误差RBW减小，频谱仪测试分辨率提高，但测试速度下降。任何测试的设置都是在这两者间折衷频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识6）、Marke读数6.1、特性及应用绝对值、相对值、峰值搜索、3dB带宽、ACPR、波动等测试频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识6.2、峰值搜索PeakSearch频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识8）、非线性失真、杂散8.1最有影响的失真为二阶和三阶失真三阶交调失真谐波失真-50dBc-50dBc-40dBc1、任何非线性器件都会产生非线性失真，不管它是由频谱仪（混频器、前置放大器等）产生失真还是由被测器件产生的失真，都会在频谱仪测试结果上；2、利用频谱仪来测试各种信号，希望仪表内部产生的各种失真越小越好。频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识9）、屏幕显示仪表屏幕显示：被测信号+仪器内部（失真+噪声）失真包括：被测信号失真+内部噪声+内部失真衰减器设置；ATT大，内部失真小，噪声高ATT小，内部失真大，噪声低频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识10）、噪声10.1、降低噪声---提高灵敏度减小RBW减小ATT减小VBW（VideoBW.01ResBW）增加前置放大器噪声来源：外部、内部混频器、各级放大器，大部分来源于中频放大器的第一级频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识11）、本振相位噪声—在频域上表现为信号频谱噪声边带相位噪声本质反映信号频率的短期稳定度，对其描述定义如：-113dBc/Hz＠10KHzoffset频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识12）、跟踪源TG频谱分析仪基础—频谱仪主要参数及特性认识4、实际应用4.1频谱仪使用1)、仪表测试参数设置中心频点、Span、参考电平、ATT、RBW、VBW等2)、仪表测试结果（测量读数）Marker测量Measure测量功能3)、输出（仪表测试结果存取/打印操作）Save/RecallPrintHardcopy4.2信号发生器使用频率方面频率、频率改变步进幅度方面幅度、频率改变步进调制信号输出FM、PM、AMModeR3131A频谱分析仪R3131A操作键频谱分析仪基础—频谱仪主要性能指标及应用二、产品常用指标的概念及测试方法产品常用参数测试频谱分析仪基础—频谱仪主要性能指标及应用1、增益增益——是指放大器在线性工作状态下对信号的放大能力。测量方框图信号源放大器衰减器频谱仪Lin隔离器Lout防止放大器自激信号反馈入信号源输出端而损坏信号源防止放大器输出信号超过频谱仪输入信号限制值而损坏频谱仪增益测量步骤•设置信号源。根据放大器增益和输出功率大小，设置信号源扫描频率参数和输出电平，估算信号源输出电平值Lin（注意：此值不可使待测放大器起控，否则须在信号源后串接衰减器）•连接频谱仪。根据放大器输出功率大小，选择合适的衰减器串接到频谱仪的输入口，将放大器输出端连接到频谱仪输入端。（注意：必须串接衰减器，以保证频谱仪输入端的安全）•检查连接是否正确后，再接通电源。•读取电平数。打开信号源射频开关输入信号，读取频谱仪上测得的电平数Lout（dBm）。则放大器的增益为：G=Lout–Lin（dB）。频谱分析仪基础—频谱仪主要性能指标及应用2、输出功率（ALC电平）•输出功率——是指放大器的功率输出能力。ALC电平就是直放站的自动增益控制电平测量方框图信号源放大器衰减器频谱仪Lin隔离器Lout防止放大器自激信号反馈入信号源输出端而损坏信号源防止放大器输出信号超过频谱仪输入信号限制值而损坏频谱仪频谱分析仪基础—频谱仪主要性能指标及应用输出功率测量步骤•连接如图所示•设置信号源使其输出一载波信号，使载波频率与放大器中心频率相同。•逐步增大信号源载波输出功率，观察频谱仪显示信号电平，直至其不再增大，直接读取电平值L2max（dBm）。•放大器的ALC电平=L2max（dBm）。频谱分析仪基础—频谱仪主要性能指标及应用LinLoutmaxmax3、带内波动•带内波动——指在有效工作频带内最大和最小电平之间的差值.放大器衰减器频谱仪Lin隔离器LoutINOUToutputinputR-3131A扫频信号频谱分析仪基础—频谱仪主要性能指标及应用读取频谱仪上有效频带宽度内最大和最小电平之间的差值，即为带内波动，单位为dB。注意在放大器非起控状态下测试。4、三阶交调•三阶交调——是指等幅双音信号f1和f2输入放大器后，由于放大器的非线性而产生的2f1-f2和2f2-f1的杂散分量。测量方框图放大器衰减器频谱仪Lin隔离器LoutINOUT信号源f1信号源f2频谱分析仪基础—频谱仪主要性能指标及应用三阶交调测量步骤•连接如图4所示。（要求同前）•设置信号源两载波频率f1和f2，使f2-f1等于1MHz，(f1+f2)/2等于放大器中心频率。•从频谱仪上显示为下图，三阶互调即为IM3=L3-L1(dBc)。L1L3f1f2f(MHz)2f1-f22f2-f1L3-L1频谱分析仪基础—频谱仪主要性能指标及应用5、3dB带宽/30dB带宽•3dB带宽——是指宽带选频产品的中心频点幅度下降3dB时的频率宽度。反映的是放大器的选择性指标。图5放大器衰减器频谱仪Lin隔离器LoutINOUToutputinputR-3131A扫频信号•连接如图5所示。（要求同前）•设置扫频源TG输出，使产品工作在线性状态，置mark点为产品中心频点，当中心频点幅度下降3dB/30dB时的频率宽度即为3dB/30dB带宽。3dB带宽/30dB带宽测量步骤3dB3dB带宽三、仪器操作注意事项1、仪器操作注意事项仪器设备是公司进行生产经营的主要工具,它的精度直接影响着公司的产品质量。公司的仪器设备大多精贵，且使用率较高，若损坏一台精贵仪器，公司不仅要承担昂贵的维修费，而且也影响着公司生产的有序进行，其间接经济损失无法估计。频谱分析仪基础—仪器规范性操作及注意事项为了保证仪器设备的精度和防止仪器设备人为损坏，我们在使用仪器设备时，要注意以下一些使用与维护注意事项：1）、初次使用某仪器设备之前，必须由相关人员进行培训、指导，以了解其主要功能、操作规范及使用注意事项。频谱分析仪基础—仪器规范性操作及操作注意事项2）、静电防护频谱分析仪基础—仪器规范性操作及注意事项电子仪器（尤其是微波仪器设备）对静电非常敏感，应采取严格的静电防护措施（特别是对于仪器的输入输出端口）。（公司以前有多台仪器因静电而损坏，超过100V静电可能会损坏仪器灵敏度性能）。仪器操作一般要求：防静电工作台、座椅、穿防静电服、佩戴防静电手腕（在生产现场现已达到）。如果某一设备（仪器）未接地或地线接触不良，会造成设备端口带电，这对于功率探头、信号源输出口、频谱仪输入输出端口及HPIB、GBIP端口是致命的，可在该端口与其它设备相连的瞬间放电损坏内部电路（输入衰减器ATT、混频器、放大器、或输入电路等），造成较大的经济损失。CRT显示的仪器后面都有专门的接地端,有的仪器则没有。仪器的接地保证,国外都是通过三芯电源插头\插座的接地端与地相连.但目前实际使用的电源插座质量不合格或接触不良,没法保证接地,所以要求所有仪器设备都必须另接地线（并联接地），与地网相连。特别是有时根据需要，仪器需在各岗位之间调用，必要注意别忘接地线。频谱分析仪基础—仪器规范性操作及注意事项3）．所有仪器必须接地良好：4）有些仪器内部采用直流耦合（主要是频谱仪），禁止叠加有直流成分的信号输入，在各仪器上都有最大允许直流的标识，否则易造成内部电路损坏。在使用直流电源的同时，注意不要有意或无意的将电压引线搭接到测试台上（特别是多路输出电源不暂不用的引线或探测引入放大管的直流工作电压）。5）、禁止输入超过仪器允许范围的信号（频谱仪、功率计的输入口输入功率不得超过其允许的范围）。特别是测试放大类模块或设备时，必须在仪器输入口串接合适的衰减器（尽量大些），串接衰减器大小要考虑到可能产生的自激情况。。因此注意以下几点：1）计算产品在多大输入信号时起控；2）注意加信号从小信号加起；3）先开机稳定后再加信号，免冲击和自激，先接输入口电缆等；4）测大信号需接二个衰减器(20dB+30dB)时，注意按功率大小时接的顺序。5）功率与电平估算。由0dBm1mw,1dBm1.25mw,2dBm1.62m