频谱分析仪技术基础推选优秀ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,频谱分析仪技术(jsh)基础,第一页，共43页。,议题(yt),阐述频谱分析仪测量的主要(zhyo)应用,介绍频谱分析仪内部结构及工作原理,说明频率分辨率、灵敏度和动态范围等重要指标在分析仪测量中的重要作用,针对PHS测试，简述注意事项,8563,A,SPECTRUM ANALYZER 9 kHz-26.5 GHz,第二页，共43页。,要达到的学习(xux)目标,熟练(shlin)应用频谱分析仪,了解频谱分析仪结构原理，了解频谱,分析仪性能指标,掌握PHS测试频谱分析仪参数设置,第三页，共43页。,动态(dngti)范围,不同(b tn)的检波方式在显示屏上会有不同(b tn)的数据处理，频谱分析仪主要有以下检波方式：,如果谐波和互调产物的相对电平有变化，则说明有部分失真来自频谱分析仪内部(nib)，测量结果不正确,当输入信号电平在混频器1dB压缩点以上(yshng)时，测试结果会不准确,为了保证精度和保护仪器免受损坏，测量大信号时要设置衰减,防止混频器过载，但由于仪器内部噪声不受衰减器影响，而在后面的中频放大时会被放大，而输入信号幅值不变，所以会降低信噪比。,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，视频滤波器是第一级低通设置，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。,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，视频滤波器是第一级低通设置，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。,10dB衰减(shui jin),早期的信号(xnho)观察，主要依赖示波器在时域内观察信号(xnho)；,Thank You!,显示(xinsh),1 频谱分析仪应用(yngyng),从事通信工程的技术人员，在很多时候需要对信号进行分析，针对不同观察域，分别用示波器、频谱分析仪和矢量分析仪观察信号,示波器只能观察信号的幅度、周期和频率；但频谱分析仪还可以分析信号的频率分布信息、频率、功率、谐波、杂波、噪声、干扰和失真，而矢量分析仪可以在频谱分析仪基础上分析数字(shz)调制信号调制质量,第四页，共43页。,频域和时域,早期的信号(xnho)观察，主要依赖示波器在时域内观察信号(xnho)；傅立叶变换告诉我们：任何时域内电信号(xnho)都是由一个或多个不同频率、不同幅度和不同相位的正弦波组成的，但应用示波器无法观察到频域内信息，只能在时域内观察；应用频域测量，就能以频谱的形式显示出每个正弦波的幅度随频率变化的情况,下图是信号(xnho)在时域和频域内观察的结果，由此可以清楚看出信号(xnho)在频域观察的必要性：时域得到的是信号(xnho)的波形信息，不能测量混合信号(xnho)，如果存在干扰或失真信号(xnho)，在时域上无法区分有用信号(xnho)和无用信号(xnho),在频域上可以准确地测量有用信号(xnho)和无用信号(xnho)的各种参数,第五页，共43页。,幅度,(,功率),频率,时域测量,频域测量,时间(shjin),第六页，共43页。,2 频谱分析仪结构(jigu)及原理,频谱分析仪的类型,频谱分析仪主要有傅立叶频谱分析仪和超外差式频谱分析仪,FFT频谱分析仪：被分析的信号通过模数转换器采样，变成离散信号，采样值被保存在一个存储器中，经过离散FFT变换计算(j sun)，计算(j sun)出信号的频谱,FFT频谱分析仪不足之处：FFT分析仪不适合脉冲信号的分析，而且由于A/D转换器速度的限制，FFT分析仪仅适合测量低频信号,第七页，共43页。,超外差频谱分析仪,这种频谱分析仪对输入信号的分析，并不是从时间特性计算得来的，而是由频域分析直接决定的。对于这样(zhyng)的分析，必须把输入频谱分成各个独立的部分。可调带通滤波器就是为此目的而使用的,超外差频谱分析仪内部结构如下图,第八页，共43页。,滤波器,频率(pnl)基准,对数(du sh),放大器,RF 输入(shr),衰减器,混频器,IF,滤波器,检波器,视频,滤波器,本地,振荡器,扫频,发生器,IF,增益,输入,显示,第九页，共43页。,原理(yunl)分析,信号分析过程如下：被测信号经过滤波和衰减后，和LO信号进入混频器混频转换成中频信号，因为LO频率可变，所以(suy)输入信号都可以被转换成固定中频，经放大后进入中频滤波器（中心频率固定），然后进入一个对数放大器，对中频信号进行压缩，然后进行包络检波，所得信号即视频信号，为了平滑显示，在包络检波之前通过可调低通滤波器，即视频滤波；视频信号在阴极射线管内垂直偏转，即显示出在信号的幅度，同时，由于显示的频率值是扫频发生器电压值的函数，所以(suy)对应被测信号的频率值，于是，被测信号的信息显示在LCD上,下面将对频谱分析仪每个独立部件的工作原理和相互之间的作用做详细说明,第十页，共43页。,LO,IM,RF,低通滤波器,低通滤波器的主要作用是抑制镜像频率。下图是低中频频谱分析仪输入频率与镜像频率范围的关系(gun x)，如果输入频率范围大于2IF，则两频率范围会重叠,所以要求输入滤波器在不影响主信号的情况下抑制镜像抑制,IF,LO,第十一页，共43页。,如果使用可调谐带通滤波器以抑制镜像频率，则由于较宽的调谐范围使滤波器极为复杂，所以采用高的第一中频使问题简化,这种配置下，镜像频率位于输入频率范围之上，由于两个(lin)频率范围不会重叠，故可利用低通滤波器抑制镜像频率，三者范围关系如下图,LO,RF,IM,IF,第十二页，共43页。,衰减器,衰减器主要有三个作用,保护频谱仪不受损坏：测量高电平信号时，为了不烧坏频谱分析仪，必须对信号进行衰减；,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(yshng)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,第十三页，共43页。,混频器,混频器的作用就是将输入高频信号转换成中频信号，由于混频器是非线性器件，输出会有很多频率成分：但我们需要的是,混频方式有两种：基波混频和谐波混频，基波混频是输入信号的基波混频，而谐波混频是通过(tnggu)本振信号的谐波来混频,谐波混频会造成相对高的转换损耗,混频器对输入RF小信号而言是线性网络，当输入信号幅度逐渐增大时，就存在着非线性失真问题，所以输入信号的幅值应低于频谱分析仪的1dB压缩点,RF,LO,IF,第十四页，共43页。,低通滤波器的主要作用是抑制镜像频率。,100 kHz RBW,频率(pnl)基准,由于频谱分析仪中含有半导体器件，所以存在非线性。,模拟 15:1,阐述频谱分析仪测量的主要(zhyo)应用,分析仪的固有(gyu)噪声,数字 5:1,视频信号在阴极射线管内垂直偏转，即显示出在信号的幅度，同时，由于显示的频率值是扫频发生器电压值的函数，所以(suy)对应被测信号的频率值，于是，被测信号的信息显示在LCD上,傅立叶变换告诉我们：任何时域内电信号(xnho)都是由一个或多个不同频率、不同幅度和不同相位的正弦波组成的，但应用示波器无法观察到频域内信息，只能在时域内观察；,视频带宽至少与分辩带宽相同，改变VBW的设置，可以减小噪声峰峰值的变化量，提高较低信噪比信号测量的分辨率和复现率，易于(yy)发现隐藏在噪声中的小信号；,如果谐波和互调产物的相对电平有变化，则说明有部分失真来自频谱分析仪内部(nib)，测量结果不正确,使用(shyng)优化瞬态响应的高斯滤波器可以获得较短的测试时间,RBW越小，精度提高，但每次扫描的带宽变窄，总的扫描时间会增加，VBW也同理。,如果由射频衰减器改变混频器的输入电平，频谱仪产生的互调产物电平将依其阶数变化，而DUT产生的互调产物电平保持不变。,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；,中频(zhngpn)放大器,输入信号经过了前置(qin zh)衰减器，电平降低，为了恢复信号幅值，补偿输入衰减器的变化，在混频后对中频信号进行放大,在放大有用信号的同时，噪声和干扰信号也被同时放大,第十五页，共43页。,中频(zhngpn)滤波器,中频信号经放大后，然后经过中频滤波器，中频滤波器是一个带通滤波器，它选出需要的混频分量，抑制掉其他不需要的信号。中频滤波器的带宽(di kun)决定了频谱分析仪的RBW范围,根据频谱分析仪类型不同，中频滤波器有模拟滤波器、数字滤波器和FFT滤波器,第十六页，共43页。,模拟(mn)滤波器,模拟滤波器用来实现大的分辨率带宽。一般频谱仪为4级滤波电路，也有5级滤波电路产品，这样可分别得到14和10的波形因子，然而理想的高斯滤波器的波形因子为,波形因子即带宽选择性，简称选择性。在实际测量中，经常会遇到这种情形，两个频率接近的信号幅度不等，大信号形成的响应曲线掩盖(yngi)了小信号，使小信号丢失，所以很多公司产品提供了滤波器3dB带宽，表示等幅正弦信号频率相差多少时仍能将它们区分开，这样的合成响应曲线仍有两个峰值，中间下沉大约3dB,如下图所示,第十七页，共43页。,有些(yuxi)频谱分析仪的带宽选择性定义为60dB与30dB带宽之比，如下图，也有的频谱分析仪的选择性用60dB和6dB带宽之比表示,3,dB,60,dB,60,dB BW,3,dB BW,3,dB BW,选择性,=,第十八页，共43页。,两等幅信号(xnho)的测试,3,dB,10,kHz,10,kHz RBW,第十九页，共43页。,数字(shz)中频滤波器,通过数字滤波器可以获得很窄的带宽。和模拟(mn)滤波器相比，理想的高斯滤波器可以实现。数字滤波器在可接受的价格内有更好的选择性。如5级电路模拟(mn)滤波器的波形因子为10，高斯滤波器为。另外，数字滤波器有更好的温度稳定性，无需调整，所以在带宽上更加精确,由于数字滤波器的瞬态相应已经确定，使用合适的修正系数可使数字滤波器获得比模拟(mn)滤波器在相同带宽的情况下更短的扫描时间,典型(dinxng)选择性,模拟 15:1,数字 5:1,模拟滤波器,数字,滤波器,第二十页，共43页。,FFT,滤波器,如果单纯为了(wi le)测试精度而设置非常窄的分辨率带宽，则会造成无法容忍的长时间扫描，因此在非常高的分辨率的情况下建议采用FFT滤波器，从时域特性计算频谱，见下图。当采用FFT滤波器时，频率非常高的信号不能通过A/D直接采样，须经过与本振混频变为中频并在时域对带通信号取样,X(t),A/D,RAM,FFT,第二十一页，共43页。,对数(du sh)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,对数放大器的设计基于多级解调原理(yunl)，将许多个具有固定增益（每一级的增益通常为10dB）的单元放大器级联起来。随后，将每一级放大器的输出逐个相加以提供线性输出电压，有些器件提供一个表示输入信号的相对相位的限幅输出,对数(du sh)放大器,第二十二页，共43页。,检波器,频谱分析仪一般都是用包络检波器把IF信号变换成视