频谱仪及其在高频实验中的的应用.ppt

Spectrum Analyzer 频谱仪,频谱仪基本原理和指标 频谱仪功能介绍 频谱仪应用介绍 About DSA815扫频式频谱仪,About Fourier,Fourier theory tells us any time-domain electrical phenomenon is made up of one or more sine waves of appropriate frequency, amplitude, and phase. 傅立叶理论告诉我们，时域中的任何电信号都可以由一个或多个具有适当频率、幅度和相位的正弦波叠加而成。 If the signal that we wish to analyze is periodic, as in our case here, Fourier says that the constituent sine waves are separated in the frequency domain by 1/T, where T is the period of the signal. 如果我们要分析的信号是周期信号，傅立叶理论指出，所包含的正弦波的频域间隔是1/T，其中T是信号的周期。,信号分析的两种手段,示波器,频谱仪,时域分析： 信号周期 相位分析 边沿测试 峰值电压 多信号比对,频域分析： 信号频率 谐波分量 信号功率 寄生、交调 信号边带,信号分析的两种手段,示波器,频谱仪,频谱分析仪VS示波器 更高的灵敏度：1mV VS 0.01uV 对于信号失真更容易测试 更高的动态范围（同时能测的最大、最小信号） 更宽的测量频率范围,频谱仪基本原理和指标,目录,目录,内容,频谱仪基础知识,内容,频谱仪基础知识,频谱的基本概念,频域 描述信号在频率方面特性时用到的一种坐标系,频谱的基本概念,频谱 频率的分布曲线，复杂振荡分解为振幅不同和频率不同的谐振荡，这些谐振荡的幅值按频率排列的图形叫做频谱。,Tips： 从频谱上可以直接获取的信息： 1.信号包含的频率成份； 2.信号各频率成份的幅度；,通过观察信号的频谱，可以帮我们找出产生该信号的设备的问题或者特性。,发射机,DUT,Spectrum Analyzer,Spectrum Analyzer,Spectrum Analyzer,频谱的用途,频谱的基本概,频谱的基本概念,内容,频谱仪基础知识,频谱仪概论按应用领域分类,航空,国防,频谱仪概论按工作原理分类,扫频式频谱分析仪,傅立叶式频谱分析仪,为什么要调制？ 调制的目的有以下三个: 1. 将基带信号变换成适合在信道中传输的已调信号 2. 改善系统的抗噪声性能 3. 实现信道的多路复用,频谱仪概论用途,什么是调制？ 调制与解调： 调制：将各种基带信号转换成适于信道传输的调制信号(已调信号或频带信号)； 解调：在接收端将收到的频带信号还原成基带信号。,调制测量有哪些项目？ 模拟调制： 调制深度, 边带功率, 载波功率，调制效率, 占用带宽 数字调制： 误差矢量幅度(EVM)， IQ不平衡(IQ imbalance)，相位误差(phase error versus time),频谱仪概论用途,为什么要测量调制？ 在调制系统中，为了保证系统工作正常，信号被正确的发送(有效性)，需要对调制质量(可靠性)进行测量。,什么是失真？ 电子系统中所使用的许多电路都认为是线形电路。这意味着，对于正弦波输入，输出也是或许有不同幅度和相位的正弦波。在时域中，用户指望看到与输入波形形状精确相同的输出波形。在频率中，我们指望看到输出应具有与输入相同的频率（且只有该频率）。由输入信号产生的任何其他频率都视为失真。,频谱仪概论用途,内容,频谱仪基础知识,频谱仪基本使用,频谱仪基本使用,频谱仪基本使用显示界面,频谱仪基本使用显示界面,dB 分贝（dB)是借助于功率比来定义的： A(dB) = 10log(P1/P2) = 20log(V2/V1) dBm P = 10log（P/PREF) V = 20log（V/VREF) 频谱和网络测量最常用的功率参考值是1mW，结果用dBm表示。 P （dBm） = 10log（P/0.001）,频谱仪基本使用dB和dBm,分贝的用途？ 分贝用来以对数方式确定功率的比值和电压的比值。也可以通过适当的参考值来确定绝对值。分贝常用于电子系统中增益和损耗的计算。 为什么要用dB？ 1.对数方式压缩大范围变化的信号电平。 2.在增益和损耗的计算时，乘法运算变成较方便的加法运算。,频谱仪基本使用dB和dBm,使用对数幅度坐标的好处？ 在同样屏幕分辨率下，可以同时观 察很大和很小的值。 例如：1V信号和10uV信号都能出现 在动态范围为100dB的显示器上， 而用线性刻度则不可能以清晰的图 形同时显示这两个信号。,频谱仪基本使用对数幅度坐标,目录,扫频式频谱仪基本原理,DSA频谱仪基本原理,DSA频谱仪基本原理,Envelope Detector,ADC,VBW,Video Detector,衰减器,PreAmp,低通滤波器,Mixer,滤波器,RBW,信号时域图,信号频域图,1GHz,100kHz,载波为1GHz,DSA频谱仪基本原理,参数设置在前面板AMPT功能键中：,DSA频谱仪基本原理,Envelope Detector,ADC,VBW,Video Detector,衰减器,PreAmp,低通滤波器,Mixer,滤波器,RBW,经混频和滤波后，仍为调幅信号，但频率已改变。,25MHz,100kHz,载波变为25MHz,Envelope Detector,ADC,VBW,Video Detector,衰减器,PreAmp,低通滤波器,Mixer,滤波器,RBW,经ADC采样变为数字信号,DSA频谱仪基本原理,Envelope Detector,ADC,VBW,Video Detector,衰减器,PreAmp,低通滤波器,Mixer,滤波器,RBW,RBW将带外的频率成分滤除。,RBW带宽设置为10K,25MHz,100kHz,DSA频谱仪基本原理,DSA频谱仪基本原理,解析带宽(RBW， Resolution BandWidth)。RBW 代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的最低频宽差异。,选择不同RBW的测试结果,RBW,DSA频谱仪基本原理,RBW,当RBW滤波器“扫过”感兴趣的频率范围后，就得到该段频率范围的频谱。,RBW：Resolution BandWidth分辨率带宽,Envelope Detector,ADC,VBW,Video Detector,衰减器,PreAmp,低通滤波器,Mixer,滤波器,RBW,经过包络检波之后，时域上得到正弦信号包络。,DSA频谱仪基本原理,DSA频谱仪基本原理,Envelope Detector,包络检波,Envelope Detector,ADC,VBW,Video Detector,衰减器,PreAmp,低通滤波器,Mixer,滤波器,RBW,VBW的滤波作用,DSA频谱仪基本原理,为了使噪声曲线平滑，在检波之后，放置了一个低通滤波器，即视频滤波器。,DSA频谱仪基本原理,VBW,视频滤波器,VBW设置为3MHz和300Hz的测试差别,Envelope Detector,ADC,VBW,Video Detector,衰减器,PreAmp,低通滤波器,Mixer,滤波器,RBW,视频检波器作用：得到当前扫频点频率处的幅度值。,DSA频谱仪基本原理,DSA频谱仪基本原理,Video Detector,视频检波器,用什么样的值来代表每个频宽中的信息？,Envelope Detector,ADC,VBW,Video Detector,衰减器,PreAmp,低通滤波器,Mixer,滤波器,RBW,本振的作用：以一定的步进完成当前设置的扫宽内频率点的扫描，从而得到当前频段的谱图。,DSA频谱仪基本原理,DSA频谱仪基本原理,扫描参数,扫描参数设置在前面板如下功能键中，包括扫描频率范围，扫描时间，扫描次数等参数设置。,DSA频谱仪基本原理,频谱仪中，扫描信号在屏幕上用迹线表示。根据实际测试和观测需要，应选择不同的迹线类型，或对扫描数据采取相应的计算方法后将其显示出来。,迹线显示类型,DSA频谱仪基本原理,目录,频谱仪主要性能指标,除了最重要的两个指标：频率范围，动态范围,频谱仪主要性能指标,RBW,Phase Noise,DANL,频谱仪功能介绍,目录,目录,频谱仪面板熟悉 前面板,频谱仪面板熟悉后面板,频谱仪面板熟悉功能键,频谱仪面板熟悉功能键,频谱仪面板熟悉功能键,频谱仪面板熟悉常用快捷键,将系统恢复到出厂默认状态或用户自定义状态。 执行打印或界面存储功能。 开启内置帮助，获取前面板上各功能按键及菜单软键的帮助信息。,频谱仪面板熟悉常用快捷键,按下Auto，频谱仪会在全频段内自动搜索信号。 按下UserKey，立即调出该键代表的菜单，该键可定义为前面板所有功能键以及除 Storage之外所有功能键的子菜单。,频谱仪面板熟悉功能键,频谱仪面板熟悉基本参数设置区,设置中心频率、起始频率和终止频率，也用于开启信号追踪功能。 设置扫描的频率范围。 设置参考电平、射频衰减器、刻度、Y轴单位等参数。 设置电平偏移、最大混频和输入阻抗。 也用于执行自动定标、自动量程和开启前置放大器。,频谱仪面板熟悉基本参数设置区,改变基本参数后屏幕状态发生了哪些变化,频谱仪面板熟悉功能键,频谱仪面板熟悉扫描控制区,设置分辨率带宽RBW和视频带宽VBW，选择检波类型及滤波器类型。,设置扫描和触发相关的参数。,设置迹线相关参数。配置通过/失败测试，测试输入迹线和用户定义的规则是否相符,设置从跟踪源接口输出的信号参数,频谱仪面板熟悉扫描控制区,改变扫频等参数设置后屏幕状态发生了哪些变化,频谱仪面板熟悉功能键,频谱仪面板熟悉光标测量功能区,通过光标读取迹线上各点的幅度、频率或扫描时间等。 将当前光标的值设置为频谱仪的其它系统参数（如中心频率、参考电平等）。 设置光标的特殊功能，如噪声光标、N dB带宽的测量、频率计数器。 按下Peak按键会立即执行一次峰值搜索。,通常，光标测量可以满足大多数的测量场合，但在某些应用场合中，还会用到更复杂的测量。高级测量功能区提供了丰富的测量功能。,频谱仪面板熟悉光标测量功能区,光标功能,光标（Marker）是一个菱形的标记（如图所示），用于标记迹线上的点。通过光标可以读出迹线上各点的幅度、频率或扫描的时间点。 最多支持4组光标。,频谱仪面板熟悉光标测量功能区,光标类型,频谱仪面板熟悉功能键,频谱仪面板熟悉辅助功能设置区,设置系统参数、设置打印机以及进行文件存储,频谱仪应用介绍,频谱仪常见客户及领域,典型应用 频谱仪在高频实验室中的应用,频谱仪在高频实验中的使用,对于频域信号有直观的认识 理解非线性器件对于信号所造成的失真和干扰 减小实验复杂度和实验误差 。,放大器通频带、矩形系数 方法一： 扫频法 步骤：1.信号源调出 从10MHZ-12MHZ 正弦波 幅值400mv 扫描时间 1s 按sine 幅值 400mvpp 按sweep起始频率 10MHZ 终止频率 12MHZ 扫频时间 1s 按output 输出 电缆连结到 小信号放大器模块 的TP5上,单调谐回路谐振放大器频谱图,频谱仪在高频实验中的使用,2.频谱仪的输出电缆连小信号放大器模块的TT2上 频谱仪的初始设置 FreQ-中心频率调到11MHZ SPAN扫宽调到 10MHZ AMPT参考电平调到 20dB BWDetRBW（分辨率带宽） 100KHz VBW 10KHz Trace/PF迹线选择1迹线类型查看 Trace/PF迹线选择2迹线类型最大保持,LC、晶体正弦波振荡电路频谱图,频谱仪在高频实验中的使用,LC .晶体 正弦波振荡电路 频谱仪： 先找基频，再拓展扫宽 步骤 FreQ=10.7MHZ SPAN=1MHZ RBW=30KHZ VBW=300HZ 调终止频率40MHZ看10.7MHZ信号的谐波； 看峰值点peak峰值表，选择幅度排序,频谱仪在高频实验中的使用,AM调幅波的频谱图,幅度调制电路（幅度调制与解调模块）实验步骤： 1、信号源 CH1 输出1KHz 700mVpp 正弦波； CH2 输出 10.7MHz 500mvpp 2、示波器 CH1 接 调幅波；CH2 接 调制波 1KHz 正弦波 时基 200usdiv ； CH1 垂直 50mv div；CH2 垂直 1vdiv 触发源： CH2 触发类型：上升沿 3、频谱仪： FreQ 中心频率 10.7MHz；SPAN 扫宽 10KHz 110 AMPT 参考电平