频谱分析仪原理

1©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿罗德与施瓦茨公司罗德与施瓦茨公司广州代表处广州代表处产品支持部产品支持部产品工程师产品工程师甘秉鸿甘秉鸿©©200920092©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿目录1信号分析及频谱分析概述2频谱分析仪的功能与基本原理3频谱分析仪关键指标的定义4R&S频谱分析仪FSP操作实例3©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿1信号分析及频谱分析概述频域频谱分析仪示波器时域调制域矢量分析仪信号的波形信息幅度周期简单频率信号的频率分布信息频率、功率谱谐波、杂波噪声、干扰失真等信号的矢量信息幅度误差矢量误差相位误差EVM等4©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿为什么需要频谱分析？5©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿频域测量典型例子
正弦波在频域内是一根谱线
方波在频域内是无穷根谱线，谱线间的距离固定为方波周期的倒数
冲击函数的频谱是平的(需要无穷大的能量才能产生一个冲击)6©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿2频谱分析仪的功能与基本原理功能一频谱分析——频谱分布功率谱测量杂散测试谐波测试三阶互调测试占用带宽载噪比时隙信号测试……7©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿功能二扩展功能——支持功率计频率计功能噪声系数测试相位噪声测试测量接收机网络分析仪(配置跟踪源)电缆测试空间场强测试……8©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿功能三信号分析——对各种移动通信标准信号的解调频率/相位误差信道功率、ACLREVM码域功率信号统计特性CCDF、APD星座图、IQ特性PVT信道列表比特流还原调幅深度任意调制信号分析---频谱分析仪与信号分析仪9©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿现代频谱分析仪的早期发展——可调带通滤波器的频谱分析仪宽频段范围的不可实现性10©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿现代频谱仪的结构组成射频部分硬件结构重要参数实现方法基带数字处理部分IQ信号的矢量分析检波方式11©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿衰减器预选/输入低通滤波器PLL中频滤波器中频放大器对数放大器检波器参考时基VBW包络检波器前置放大器扫频发生器LO1LO2LCDRFIn多级12©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿衰减器PLL中频滤波器中频放大器对数放大器检波器参考时基VBW包络检波器扫频发生器LO1LO2LCD预选/输入低通滤波器13©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿衰减器用途•大信号衰减，获得最佳动态范围•阻抗匹配、抑制非线性•鉴别伪信号种类机械衰减器电子衰减器（使用寿命长）14©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿衰减器PLL中频滤波器中频放大器检波器LCD为达到仪器最佳工作状态而做的内部协调15©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿输入衰减、中频增益、参考电平之间的联动
联动准则：尽量使输入信号电平对应于参考电平
输入衰减和中频增益是作为参考电平的函数自动调整。
输入信号过大可能导致第一混频受损，因此高电平输入必须衰减，衰减量取决于第一混频及其后续部分的动态范围。混频器电平过高，失真产生的频率分量将会干扰正常显示；衰减量过大则会导致信噪比降低，减小动态范围。因此，输入衰减及中频增益的选择需折中考虑。实际应用中，即使参考电平非常低，通常也会将输入衰减设置为最小值（如10dB），以获得较好的匹配，提高幅度测量精度。16©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿衰减器对本底噪声的影响Noiselevel1Noiselevel217©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿衰减器用途：运用衰减器鉴别伪信号包括鉴别待测件的互调产物和频谱仪的互调产物。18©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿衰减器PLL中频滤波器中频放大器对数放大器检波器参考时基VBW包络检波器扫频发生器LO1LO2LCD预选/输入低通滤波器19©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿镜像频率的影响频谱混叠，无法区分！20©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿抑制镜像频率的方法提高中频频率，使用低通滤波器抑制镜像频率通过预选器把全部频段分为两个通道21©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿衰减器PLL中频滤波器中频放大器对数放大器检波器参考时基VBW包络检波器扫频发生器LO1LO2LCD预选/输入低通滤波器22©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿混频器/本振/滤波器混频器
基波混频/谐波混频
固定中频，避免与可调滤波器相关的难题
本振调谐滤波器/预选器
抑制镜像频率
提高抗过载能力23©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿混频器/本振/滤波器f1f2fnfIF=fLO-fRFfRFfLO24©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿衰减器PLL中频滤波器中频放大器对数放大器检波器参考时基VBW包络检波器扫频发生器LO1LO2LCD预选/输入低通滤波器25©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿中频滤波器（RBW）特性RBW26©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿分辨相邻的信号红色踪迹：RBW=30kHz蓝色踪迹：RBW=3kHz红色踪迹：RBW=30kHz蓝色踪迹：RBW=3kHz27©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿不同分辨率带宽下宽带信号的测量结果RBW分别设置为100kHz、500kHz、1MHz时的频谱1MHz500kHz100kHz28©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿扫描时间ST2RBWSpankTSweepTSweep最小扫描时间Span频率扫描跨度RBW分辨带宽(3dB带宽)kk因子,2.5模拟滤波器VBWRBW：ST与VBW成线性反比。VBW设置原则：在不增加ST的前提下尽可能实现滤波平均。参数联动设置的经验公式：正弦测量——RBW/VBW=0.3~1；脉冲测量——RBW/VBW=0.1；噪声测量——RBW/VBW=10VBWRBW：ST不受VBW影响，与成反比：2RBW29©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿扫描时间对频率和电平测量误差的影响蓝色踪迹：电平和频率产生误差测试结果未校准!30©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿衰减器PLL中频滤波器中频放大器对数放大器检波器参考时基VBW包络检波器扫频发生器LO1LO2LCD预选/输入低通滤波器31©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿视频滤波器(VBW)减小噪声对测试信号幅度的影响32©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿衰减器PLL中频滤波器中频放大器对数放大器检波器参考时基VBW包络检波器扫频发生器LO1LO2LCD预选/输入低通滤波器33©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿检波器方式最大峰值最小峰值有效值平均值线性对数微处理器显示视频信号检波器的选择“线性检波器”“对数检波器”线性/对数查找表：有效值、平均值检波器采样==NiiAVuNU11==NiiRMSuNU121平均值检波器有效值检波器34©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿检波器与踪迹方式的关系(DetectorandTrace)35©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿频谱分析仪的关键性能指标—————————————频谱纯度（相位噪声）接收机的固有噪声系统非线性1dB压缩点动态范围频率测量精度幅度测量精度3频谱分析仪关键指标的定义36©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿本振信号相位噪声相位噪声起源于振荡器输出信号的相位、频率和幅度变化。37©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿频谱分析仪的固有噪声dBRFdBHzRBWdBDANLLATTNoiseHzDANL5.2)lg10(1010++=LDANL平均显示噪声电平DANL规定的平均噪声电平(R&S数据表:RBW=10Hz,RFATT=0dB)RBWNoiseRBW滤波器的等效噪声带宽RFAttRF衰减器-2.5dB修正因子(对数定标的平均)滤波器类型4-极点滤波器（模拟）5-极点滤波器（模拟）理想高斯滤波器(数字)6dB带宽1.480*B3dB1.464*B3dB1.415*B3dB等效噪声带宽1.129*B3dB1.114*B3dB1.065*B3dB不同的滤波器6dB带宽和等效噪声带宽与3dB带宽的关系38©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿显示的本底噪声电平依赖于RF衰减器39©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿显示的本底噪声电平依赖于RBW带宽40©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿频谱仪最低本底噪声显示的设置衰减器设为0dBRBW设为1Hz(Filtertype选择FFT)打开前置放大器41©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿1dB压缩点(频谱仪的输入电平1dB压缩点)与衰减器的设置有关42©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿频谱仪的非线性特性43©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿动态范围通常定义为第一级混频器1dB压缩点与显示平均噪声电平之差。为避免损坏频谱仪，输入电平严禁超过上限值。(1)0dB衰减器：由混频器决定(2)大于0dB衰减器：由衰减器决定输入电平超过1dB压缩点，混频器将产生非线性失真。最大动态范围通常在最小分辨率带宽时取得。当互调产物或高次谐波电平与噪声电平相等时达到最大值。44©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿保证测试准确度检波器的选择
依据标准
依据测试信号类型和测试参数带宽选择
依据标准
依据测试信号类型和测试参数重要参数的依赖性
RBW/VBW/SWT关系
输入电平与射频衰减45©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿保证测试准确度非线性信号判别
频谱仪的谐波与互调产物
相噪和动态范围
1dB压缩点46©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿常见问题屏幕上出现“UNCAL”
扫描时间和分辨率带宽设置有误－选择自动设置或延长扫描时间
校准数据丢失或出错－重新校准（预热0.5小时后）一般性故障查找和分析
进行仪器自检（SELFTEST），查阅故障信息Firmware故障
开机时选择软件恢复选项47©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿4R&S频谱分析仪系列产品介绍48©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿R&S频谱分析仪系列产品介绍----FSPFSP的特点和配置：通用频谱和数字信号分析频率范围9kHz(20Hz)～3/7/13/30/40GHz频谱分析功能、时域分析功能、信道功率测试功能、互调测试功能、占用带宽测试功能、C/N测试相噪测试噪声系数测试常用通信信号分析EMC测试可以配置电池供电49©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿50©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿FSP频谱分析仪前面板51©Rohde&Schwarz广州代表处–产品工程师：甘秉鸿FSP频谱分析仪前面板说明1、显示屏2、软按键3、数据输入