4402B频谱仪安捷伦

频谱分析仪的应用及测试技巧的原理分析TheoryoftestskillsandApplicationofSpectrumAnalyzer房雪莲Fang>melian深圳职业技术学院电子与信息1：程学院 SchoolofElectronics&InformationEngineering广东深圳51S055 ,ShenZhenPolytechnicShenZhen,GuangDong51S055摘要：本文以安捷伦射频频谱分析仅E4402B为例,介绍J'频漕分析仪的I：作原理以及其在射频小信号测试中的操作方法和成用技巧。关键词：频漕分析仪：分辨率带宽：视频带宽：基波分量：谐波中图分类号： 文献标识码：BAbstract：Inthethesis,theauthorintroduceshowSpectruaAnalyzerworksandoperationalapproachandskillsoftestingforradiosmallsignal.TheauthoralsotakesAgilentspecrumanalyzerE4402Basanexample.keyword：SpectruaAnalyzer：ResolutionBandwidth(RBW)；VideoBandwidth(VBW)：FundamentalWave：HarmonicsCLCnuaber：Documentcode：B信号的测量可以从频域和时间域两个方面进行.频谱分析仪就是进行信号频域测量即频漕分析的仪器设备；频谱分析仪从频谱测试的实现技术上区分为两类：快速傅立叶变换(FFT)分析仪和扫频式频谱分析仪。FFT分析仪使用数值计算的方法处理一定时间周期的信号,可提供频率.幅度和相位信息.对周期信号和非同期信号均能分析。FFT分析仅的特点是速度快、精度高：局限性是其分析频率的带宽受到数模转换器(ADC)采样速率限制.所以适合分析窄带信号扫频式频谱分析仪可分析说定和周期变化信号.提供信号幅度和频率信息.适合宽频带宽的快速扫描测试，Agilent的ESA系列经济性频谱分析仪采用扫频式原理完成信号的频域测试.主要功能是分辨输入信号中各个频率成份并测量各频率成份的频率和功率。本文将主要讨论扫频式频谱分析仅的I：作原理仪及应用技巧•1 扫频式频谱分析仪介绍1.1 扫频式频谱分析仪1：作原理扫描调谐频谱分析中采用超外差方式.能提供宽的频率覆盖范围,同时允许在中频(IF)进行信号处理。分析仪的原理框图［1］如图：输入信号进入频谱仪以后与本振(L0)混频.当混频后的信弓频率等丁•中频(IF)时.该信号送到检波器，检波器输出视频信号通过放大、采样、数字化后决定CRT显示信号的垂宜电平。扫描振荡器控制CRT显示的水平频率轴和本振调谐I可步.I可时驱动水平CRT偏转和调谐本振(L0).频谱分析仪依靠中频滤波器分辨备频率成份.检波器测址信号功率，依靠本振和显示横坐标的对应关系得到信号频率值。RF输入衰减器RF低通滤波中频滤波视频滤波显示结果扫描控制器参考振荡器本振混频器检波器对数放大器图1 扫描式频谱分析仪组成框图中频放大器频谱分析仪的主要组或部分如下：输入衰减器：频漕仪中的第一级处理.功能是保证频谱仅在宽频范围内保持艮好匹配特性.并保护混频及其它中频处理电弥频谱仪I:作时.中频放大器增益和衰减器设定值连动工作.所以输入信号的显示电平并不发生变化。混频器：完成信号的频谱撤移.将不同频率输入信号变换到相应频率。在变频处理中需要采取一定的手段解决锐相及其它干扰问题。中频沌波器：这是频谱分析仪中的关键部分,其功能是分辨不同频率信号。中频滤波器的带宽和形状将影响频漕仪的许多关键指标.例如测量分辨率.测量灵敏度、测量速度以及测堆精度等。检波器：检波器的功能是将输入信号转换为视频电任，该电乐（ft对应输入信号功率.不同特性的输入信号（例如正弦信号、噪音信号、随机调制信号等〉需采用不同检波方式才能准确测出该信号功率。视频滤波器：视频滤波器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沉从而M小显示噪声的抖动范围。这有利于频谱仪在测试过程中发现被噪声淹没的小功率连续信号.还可提高测量的可重复性。1.2频谱分析仪基本性能指标频谱分析仪的基本性能指标主要包括以下几方面：a频率指标：测量频率范围：反映频谱仅测量信号范围能力.频谱分析仪的测呈频率范围由其本振范围决定：频率分辨率：反映频诺分析仪分辨两个频率间隔信号的能力，频谱分析仪的频率分辨率与其内部的中频滤波器和本振性能有关：b幅度指标：灵敏度：频谱分析仪发现小信号的能力。频谱分析仅的灵域度定义为在一定分辨带宽下所显示的平均噪声电平。频谱分析仪灵敏度与RBW（中频带宽即分辨率带宽）.W（视频带宽）、衰诚器设值有关；内部失真：反映频谱分析仅测量大信号的能力。频谱分析仪的内部失真是由频谱仪的混频电路和其他处理过程的北线性作用引起的：动态范围：频谱分析仪同时分析大信号和小信号的能力.例如当频谱分析仪在个lOdBn:的大信号时，其灵敏度和失其指标能否保证频谱分析仪还可测试TOOdBm的朵散信号。要保证频谱分析仪具有最大的动态测试范围.需要设定最佳混频器1：作电平，此时仪器内部产生的任何失真产物低于噪声电平.将不被显示出来。c分析精度：包括频率测址精度和幅度测量精度。频率测贫精度与本振信号频率和中频滤波器相关：幅度测量精度则会受到设备精度的每个环节的影响。d测童速度：频谱分析仪的测量速度与扫宽、中频滤波器带宽值、视频滤波器带宽值相关。1.3频谱分析仪应用以及测量功能频谱分析仪是有线电视领域中的常用测试设备之一，也可使用在放大器、混频器、振荡器、电缆等器件和系统的参数性能测试中，还可以进行电磁干扰（EMI）测试。以AgilentESA系列频谱分析仪为例.可以进行如下测试：a）调制信号功率参数（平均功率、功率谱密度.邻道功率比ACPR、信号频率占用带宽测量.互补累计分布函数CCDF、包络波形）测量：Measure\Mea3Setup\GiannelPowerb） 瞬变信号例如放大器的自激信号测量：c） 信号相位参数（相位噪声、相位抖动、寄生调频）».例如对振荡器、信号源的单边带相位噪声进行»:d） 选时分析：e） CATV信号测试：f） 配置跟踪源完成传输频响测试、反射频响测试、电境故障定位（上述功能类似网络分析仪功能）。2 测量实例频谱分析仪在应用中有许多技巧.下面以小信弓的测量为例.讲解小信号测量的操作步骤。以下测试技巧对提高小信号测试的灵敏度和精度大有改善。实验内容使用频谱分析仪分析（AgilentE1102B）测量50MH=.-20dBm的信号基波以及二次谐波分址、三次谐波分量，实验目的通过定量分析,理解频谱分析仪分析灵敏度指标以及提高频谱分析仪测试灵敏度的技术方法。2.3 实验步骤[2]首先确认使用的频漕分析仪满足被测信号的频率和功率测试要求.并且阻抗匹配（50欧姆）。使用N型连接器电缆连接被测信号到频诺•分析仪。下面的步朦如下所列：a 频i普分析仪初始化设置Presetb 设毁中心频率以及扫宽Frequency/[Centerfrequency]:50MH=Hz.Span/：lMHzt此时图形如01.gif.噪底大约为-85dBm左右。并且将中心频率切换到100MHz以及15OMH=处.无法观察到二次谐波分量和三次谐波分量（信号谐波淹没在噪声中）。图1基波测试曲线c优化测试基波分址：打开视频滤波Avg/Average->0n：减小分辨率带宽和视频滤波器带宽（VBW>3KH=：将参考电平设为测试峰僵：PeakSearch/MeasTools.Mkr->RefLvl»此时,实际E是或小了衰M器的衰（Amplitude/[Attenuation:man]|t|lOdB改为5dB）以及参考电平。此时测试图形如02.gifo噪底降?j-100dBm以下。图2 基波分量优化测试曲线d 二次谐波分量测量：诚小分辨率带宽CRBW）和视频滤波器带宽（VB初为IKHz：增大扫描点数Sweep为800点：扫宽SPAN为1OOKHz；中心频率分别设为lOOMhz和150MHz的测试波形为03.gif和04.g£f>等待测试杨定后将参考电平设为测试峰值：PeakSearch/MeasTools/Mkr->RefLvl：图3 二次谐波分量洌试曲线图4 三次谐波分量测试曲线2.4 实验浏试原理a） 平均视频检波可以准确测量信号平均功率：b）当RBW变化时，频漕仪显示噪声变化规律为：显示噪巾随^RBWM小而减小。原因是RB官中频带宽减小,则到达检波器的能量:也相阮减少.所以显示的平均噪声电平也降低•较宽的RB骨更能充分地反应输入信号的波形与振幅.但较低的RBW将更准确区别不同频率的信号。RBV的宽度与扫描时间相关联.RBW增大.扫描时间也将加快.反之亦然,所以根据被测信号具体选择适当的RBW在频谱分析仪的使用中是IF•常重要的。当VBW变化时.频谱仪显示噪声变化规律为：显示噪声随若VB诉减小而变得平滑。视频带宽(VBW)代表单一信号显示在眸幕所需的最低频宽。VB骨带宽域小.可以平均噪声起伏.虽然不能改善灵敏度.但是能改善整别力和在低信噪比情况下测量的可重复性：d)测量信号时，VB宵过与不及都将造成测量的困扰，如何选择合适的郎诉以及VBW在测试中至关重要，通常RB环的频宽大于或者等丁・VB叽调整RB骨而信号振幅不再产生明显的变化.此时即认为RB育合适。e)衰减器设置影响频漕仪灵敏度指标的规律为：灵敏度随衰诚器的衰诚诚小而提高。原因是：输入衰减器减小衰减.则加到检波器的信弓电平将增加.为r保证显示信号幅度不变.中频放大器的增益就要相应减小来平衡前期的信弓放大。噪声电平主要是受放大器的影响，所以也