频谱分析仪技术基础.ppt

频谱分析仪技术基础 议题 阐述频谱分析仪测量的主要应用 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 要达到的学习目标 熟练应用频谱分析仪 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 1 频谱分析仪应用 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调制信号调制质量 频域和时域 早期的信号观察，主要依赖示波器在时域内观察信号；傅立叶变换告诉我们：任何时域内电信号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 下图是信号在时域和频域内观察的结果，由此可以清楚看出信号在频域观察的必要性：时域得到的是信号的波形信息，不能测量混合信号，如果存在干扰或失真信号，在时域上无法区分有用信号和无用信号 在频域上可以准确地测量有用信号和无用信号的各种参数 2 频谱分析仪结构及原理 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，计算出信号的频谱 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 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 原理分析 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 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，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 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 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 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 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 中频滤波器 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 模拟滤波器 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