第五章频谱分析仪测量

1、第五章 频谱分析仪测量2频谱分析仪测量第一节 定义第二节 几种常见信号频谱 单脉冲,周期脉冲,调幅波第三节 超外差式频谱分析仪的基本组成及工作原理第四节 主要性能参数 重点:分辨带宽 补充:有关分辨力的一些问题第五节 几种测试 频率功率相位噪声等参数测试 及噪声系数测试3第一节 定义问题: 1. 什么是频谱分析仪 2. 为什么要用频谱分析仪时域频域傅里叶变换x（t）= 1/2- X（j ）ejt X（f）= - x（t）e-jt dtd4频域和时域关系图5f（t）tV（f）ff（t）ttf（t）V（f）V（f）ff时域波形时域波形频域波形频域波形6l可以给频谱仪下如下定义: 频谱仪是一种把射频

2、和微波信号显示成频率的函数的仪器.78第二节 几种常见信号频谱l 最单纯的信号是理想正弦波,它的频谱是一根单一的谱线,其它所有非正弦周期信号都可用傅氏级数展开为一系列正弦谐波的总和.95.2.1 单个脉冲105.2.2 周期性脉冲频谱11125.2.3 调幅波1314第三节 超外差式频谱分析仪的基本组成及工作原理扫频超外差式频谱仪的基本原理方框图15 输入的被测信号经过射频衰减器在混频器中和机器内部的本振信号相混频,获得中频信号,经过窄带中频放大器放大,再经线性检波而得到一个和输入信号幅值成正比的直流信号,经垂直放大器加至示波器的垂直偏转板上,这就使电子束在垂直方向产生与输入信号幅值成正比的偏

3、移.这一部分很像一部超外差式窄带接收机,和一般的超外差式接收机不同的是,这里的本振是一个电调谐的扫频振荡器.它由一个扫频发生器输出的锯齿波电压来调谐,使本振频率在一定范围内做周期的线性变化.同一个锯齿波电压又经过水平放大器加在示波器的水平转板上,这就使电子束在水平方向的偏转正比于扫频振荡器的频率变化.1617超外差式频谱分析仪各主要组成部件的功能描述l输入衰减器 它是在频谱分析仪中对信号进行的第一级处理,频谱分析仪输入衰减器功能包含以下方面: 1. 保证频谱分析仪在宽频范围内具有良好匹配特性; 2. 保护混频及其他中频处理电路,防止部件损坏和产生过大非线性失真.18l混频器:完成信号的频谱搬移

4、,将不同频率输入信号变换到相应频率.在混频过程中会存在镜像干扰问题.19l 中频滤波器: 是频谱分析仪中关键部件,频谱分析仪主要依靠该滤波器来分辨不同频率信号,频谱分析仪许多关键指标都和中频滤波器的带宽和形状有关.20l 检波器: 它主要用来将输入信号功率转换为输出视频电压,该电压值对应输入信号功率.针对不同特性输入信号,需采用不同检波方式才能准确地测出该信号的功率.21l 视频滤波器: 它主要用来对检波器输出视频信号进行低通滤波处理,减小视频带宽，可对频谱显示中的噪声抖动进行平滑,从而减小显示噪声的抖动范围.这样有利于频谱分析仪发现淹没在噪声中的小功率连续波信号.2223第四节 主要性能参数

5、24与幅度相关l输入阻抗及驻波比l最大允许输入电平l动态范围 通常把从不加衰减时的最佳输入信号(即P1dB压缩点)起往下直到最小可用信号电平止,这一信号幅度变化范围称为动态范围.若再加上用内部衰减所能扩展的dB数,则称最大测量范围.25与频率相关l工作频率范围 指频谱仪在满足所有规定的性能指标的前提下所能接收和测量的频率范围.有些频谱仪可以通过外加混频器扩展到更高频率使用.26l扫描时间 即产生扫频及水平偏转的锯齿波一个扫描过程的时间,通常可在若干ms到若干s之间分档选择. 比如可以通过改变扫描时间,观察一个频带内的波形.27l分辨带宽 即决定选择性的最低中频滤波器的3dB带宽B,亦称静态分辨

6、力,在其它条件适当配合下,他决定着所能分辨的两个相等谱线之间的最小频率间隔2829l视频带宽 在检波后的视频放大电路中,有时还有几种宽度分档可变的LPF,其带宽有时比中频带宽还要窄,在观察到含有强视频毛刺的频谱图时,减小视频带宽可以起到平滑作用,使显示比较清晰.在观察脉冲等宽带信号频谱时,不应采用窄的视频带宽.30补充:有关分辨力的一些问题 1.谱线显示过程31322.分辨带宽及形状的作用3334第五节 几种测试355.5.1 频率及功率的测量36375.5.2 噪声测量385.5.3 AM调制及交调测量395.5.4 相位噪声测量405.5.5 谐波测试415.5.5 噪声系数测试lSi/N

7、i是输入信噪比lSo/No是输出信噪比lBd是器件噪声带宽lGd是器件增益42因此: F=(Si/Ni) / (So/No)=(Si/KTBd) / (SiGd/No) =No/(GdKTBd)No=输出的噪声功率(输入端接匹配负载时,负载 吸收的功率)K=波耳兹蔓常数,1.374X10-21(J/K)T=290K(室温) KT=3.98X10-21(W/Hz) 在1Hz带宽情况下等于-174dBmBd是器件噪声带宽Gd是器件增益43l 噪声系数表达式 NF=10lgF = 10lg No - 10lg Gd ( 174dB+ 10lg B ) =输出噪声功率-增益-带宽B内的等效噪声输入功率 =10lg No - 10lg Gd 10lg B +174dB 所以说:如果知道了输出噪声功率,器件增益和带宽,就可以获得器件的噪声系数. 下面的测试方法就是基于上面的公式展开的 44l最终应用的噪声系数测试公式 NF=N (GD+GP) 10lg B +174dB+1.7dB(校正因子) N=在频谱仪上测得噪声电平GD=器件增益GP=前置放大器的增益B=频谱仪的中频带宽设置45l基本上是分两步进行测试: 第一就是测得整个系统的增益 第二就是测得噪声功率46l系统增益测试方框图474849Example:l系统增益:56dBl噪声功率:-72dBml中频