微波测量课件:第五章 频谱分析仪测量.ppt
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- 微波测量课件:第五章 频谱分析仪测量 微波 测量 课件 第五 频谱 分析
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1、第五章 频谱分析仪测量8563ASPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHz频谱分析仪测量及噪声测量第一节 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 频谱分析仪介绍及其主要性能参数 重点:分辨带宽 补充:有关分辨力的一些问题第四节 几种测试 频率功率相位噪声等参数测试 重点讲噪声系数的测量第五节 噪声测量2电子信号表述S(t) =A(t)COS (t)t+(t)参数:参数:S(t)电子信号的时域表述)电子信号的时域表述A(t)电子信号的振幅)电子信号的振幅 (t)电子信号的角频率)电子信号的角频率(t)电子信号的相位电子信号的相位 由于所有的电信号都
2、可以有一系列正弦波组合而成,即正弦波是最基本的电信号。 正弦波一般表达式可以这样表示。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4时域频域傅里叶变换x(t)= 1/2- X(j )ejt X(f)= - x(t)e-jt dtd频域和时域关系图5Frequency versus Time Domain6f(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 可以给频谱仪下如下定义: 频谱仪是一种把射频和微波信号显示成频率的函数的仪器.7 信信 号号 时域分析:示波器 频域分析:频谱仪信号周期升降沿峰值电压信号频率谐波分量信号功率
3、寄生、交调信号边带时域频域傅里叶变换第二节 几种常见信号频谱 最单纯的信号是理想正弦波,大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.9VoltageTimeVoltageFrequencySpectrum AnalyzerOscilloscope5.2.1 单个脉冲10波形曲线频谱分布5.2.2 周期性脉冲频谱11TimePulseOn/Off ratioRisetimeRate=1/TTWidthtPowerPower1/t1/T5.2.3 调幅波1212VoltageTimeCarrierModulation第三节 频谱分析仪介绍及其主要性能参
4、数13 动态信号分析仪动态信号分析仪 扫频频谱分析仪扫频频谱分析仪 信信 号号 频频 谱谱 分分 析析X(nT)X(t)S(t)ttt(b) 取样函数取样函数(c) 取样波形取样波形(a) 时域波形时域波形T = 1 / fSADCFFTfS输入显示器处理器 数字滤波器 模数转换器取样器衰减器 模拟滤波器窗口V2V3V1f2f1fs3fs2fs1概述 动态信号分析仪与扫频频谱分析仪 实时实时 非实时非实时概述 频谱分析仪的不同类型并联滤波器同时测量LCD 显示总的频谱Aff1f2多通道滤波器式分析仪 可以完成实时频谱测量的仪器除了FFT分析仪,还有多通道滤波器式分析仪等。概述频谱仪发展与用途频
5、谱仪发展史粗略扫中频的频谱监视器扫本振的全景接收机智能频谱分析仪多功能频谱分析仪高性能频谱分析仪频谱仪主要用途微波通信雷达、导航、电子对抗频率管理信号监测EMI诊断、EMC测量主要常用测试类型.调制失真噪声频谱分析仪原理框图Spectrum Analyzer Block DiagramPre-SelectorOr Low PassFilterCrystalReferenceLogAmpRF inputattenuatormixerIF filterdetectorvideofilterlocaloscillatorsweepgeneratorIF gainInputsignalCRT disp
6、lay混频器MixerMIXERfsigLOffsigLOfLOffsig-LOffsig+RFLOIFinputIF FILTERDisplayInputSpectrumIF Bandwidth(RBW)中频滤波器IF Filter分辨率带宽resolution bandwidth (RBW)减小带宽,分辨率提高,同时也改善了信噪比(SNR),但是,扫描速度和轨迹刷新速度降低。我们可以根据测量要求在几方面之间进行折中分辨率带宽 LC 滤波器 晶体滤波器 有源滤波器 数字滤波器工作原理中频滤波器的实现3MHz100kHz带宽由LC滤波器来实现;30kHz1kHz带宽由晶体滤波器来实现; 300
7、Hz30Hz带宽由有源滤波器来实现。检波器Detector DETECTORamplitude包络检波后数值化处理作为纵坐标值analog-to-digital converter (ADC). “进程负峰值检波:显示进程中的最小值正峰值检波: 显示进程中的最大值取样检波:显示进程中的最后值23PEAKLOG10dB/REF -40dBm ATTEN 10 dBCENTER 300 MHz SPAN 500 MHzRES BW 1 MHz VBW 1 MHz SWP 50 msec 中频信号频谱仪经包络检波器后有四中视频检波方式ROSENFELL检波负峰值检波正峰值检波取样检波24视频滤波器V
8、ideo FilterVIDEO FILTER低通滤波器,位于包络检波之后ADC之前,限制视频放大器带宽,起到平均及平滑作用analog-to-digital converter (ADC). 其他部件Other ComponentsLCD DISPLAYSWEEP GENLOIF GAINfrequencyRF INPUT ATTENUATORLO:local oscillator,is a Voltage Controlled Oscillator (VCO) 扫描斜坡发生器扫描斜坡发生器:sweep generator ,使LO频率改变,作为显示横坐标。输入衰减器输入衰减器:步进衰减器,
9、用于修正到第一混频器的功率,否则功率有可能出现混频器增益压缩,导致失真。中频增益中频增益:位于RBW前步进,用于显示垂直幅度,可随输入衰减器值改变而改变以维持显示不变。协同工作协同工作How it all works together3.6(GHz)(GHz)0361245031236453.6(GHz)0312fIFSignal RangeLO Rangefssweep generatorLOLCD displayinputmixerIF filterdetectorAffLOfsfsfsfLO-fsfLO+fLO3.66.56.5 AV4032系列多功能微波频谱分析仪系列多功能微波频谱分析
10、仪 原理框图和简介 第一变频器 第三变频器 第二 变频器F1IFF2IFF1loF3IFFRF 射频衰减器 第一 本振YTOYTF 带宽滤波器 对数放大器LOG扫描斜波发生器检波器显示器 低通滤波器 低通滤波器 带通滤波器 步进放大器MXR1MXR2四次变频的超外差式扫频测量接收机举例举例程控衰减器射频输入2.9GHz 低通低波段变频器310.7MHz低放4GHz 低通1.6GHz 低通第二变频器第二中频输出第一本振输入第二本振输入SYTX第一本振输入 AV4033系列高性能微波频谱分析仪系列高性能微波频谱分析仪 原理框图和简介 举例举例 AV4033系列高性能微波频谱分析仪系列高性能微波频谱
11、分析仪 原理框图和简介 参考环PLL 16096MHz2小数环PLL 210MHz频率参考10MHzN300MHz285297MHz取样环 PLL 3 fS36.8107GHzYTO 环 PLL 4 f至第一变频器至第三变频器至第二变频器举例举例主要性能频率范围测量谐波低频(基带和中频信号)主要性能频率与幅度准确度用用dBm表示表示绝对幅度绝对幅度 用用dB表示表示相对幅度相对幅度相对频率相对频率频率频率主要性能频率读出准确度典型的计算公式:扫宽 2 MHz: (频率读出x 频率参考误差 + 扫频宽度1% + 分辨率带宽15% + 10 Hz “剩余误差)频率主要性能准确度:频率读出准确度示例
12、单频标示例:1% of 400 kHz span15% of 3 kHz RBW10 Hz residual error+_2 GHz400 kHz扫宽3 kHz 分辨率带宽计算: (2x10 Hz) x (1.3x10 /yr.ref.error) 9-7=260 Hz4000 Hz450 Hz10 Hz4720 Hz总计 =主要性能准确度:绝对幅度准确度绝对幅度绝对幅度(dB) l校准器准确度校准器准确度l频率响应频率响应l参考电平不确定度参考电平不确定度l显示标度准确度显示标度准确度l频率响应频率响应l 射频输入衰减器射频输入衰减器l 参考电平参考电平l 分辨率带宽分辨率带宽 l 显示标
13、度因子显示标度因子主要性能准确度: 相对幅度准确度 相对幅度相对幅度 (dB)l适用于改变参考电平时测量信号幅度差值l显示标度准确度依赖于:对数/线性放大器保真度检波器线性数字化电路线性l获得最佳准确度的技术主要性能准确度: 相对幅度准确度 - 显示标度准确度 相对幅度相对幅度 (dB)主要性能准确度: 相对幅度准确度 - 频率响应平坦度- 1 dB+1 dB01 波段指标: 1 dB 当信号在同一谐波波段时当信号在同一谐波波段时主要性能准确度: 其它不确定度来源l失配失配 (信号输入端不是准确信号输入端不是准确 50 ohms)l由于过载而压缩由于过载而压缩 l失真产物失真产物l幅度低于对数
14、放大器的范围幅度低于对数放大器的范围l信号接近噪声信号接近噪声l噪声引起幅度变化噪声引起幅度变化l信号间距小于分辨率带宽信号间距小于分辨率带宽(高电平输入信号)主要性能分辨率: 分辨率带宽3 dB3 dB 带宽带宽LO混频器中频滤波器中频滤波器/分辨率带宽滤波器分辨率带宽滤波器 (RBW)扫描检波器输入频谱输入频谱显示显示分辨率带宽分辨率带宽主要性能分辨率分辨率带宽分辨率带宽剩余调频剩余调频噪声边带噪声边带有哪些因素影响分辨率?分辨率带宽滤波器分辨率带宽滤波器类型和选择性类型和选择性主要性能分辨率: 分辨率带宽3 dB10 kHz10 kHz RBW主要性能分辨率: 分辨率带宽滤波器类型和选择
15、性3 dB60 dB60 dB BW60 dB BW3 dB BW3 dB BW选择性 =主要性能分辨率: 分辨率带宽滤波器和选择性10 kHzRBW = 10 kHzRBW = 1 kHz选择性 15:110 kHz失真产物失真产物60 dB BW = 15 kHz7.5 kHz3 dB60 dB例如,作双音交调测试,两个信号间距为10 kHz主要性能分辨率: 数字分辨率带宽数字数字滤波器滤波器模拟滤波器模拟滤波器SPAN 3 kHzRES BW 100 Hz典型选择性模拟 15:1数字 5:1RBW速度提高 100 Hz3.1030 Hz14.4010 Hz52.403 Hz118.001
16、 Hz84.00主要性能分辨率: 剩余调频剩余调频信号“毛草”影响分辨率带宽的另一个因素是频谱分析仪的本振频率稳定度,本振的短期稳定度即剩余调频主要性能分辨率: 噪声边带噪声边带降低对不等幅信号的分辨率相位噪声(亦称相位噪声) 主要性能分辨率: 分辨率带宽影响测量时间扫描过快的后果是扫描过快的后果是非校准显示非校准显示扫描过快主要性能灵敏度/显示平均噪声电平 扫描扫描LO混频器混频器射频输入射频输入分辨率带宽分辨率带宽滤波器滤波器检波器检波器象任何有源电路一样,频谱仪会产生并放大噪声一般定义它为频谱分析仪的显示平均噪声电平 (DANL) ,单位 dBm,获取方法是,用最窄分辨带宽、最小的输入衰
17、减和最佳的视频滤波器。49主要性能:灵敏度/显示平均噪声电平10 dB衰减 = 10 dB衰减 = 20 dB 信号电平有效显示噪声电平是射频输入衰减器的函数射频输入衰减器增大,信噪比降低主要性能灵敏度/显示平均噪声电平: 中频滤波器 (RBW)减小 BW = 降低噪声100 kHz RBW10 kHz RBW1 kHz RBW10 dB10 dB显示平均噪声电平是中频滤波器带宽的函数噪声电平变化 (dB) = 10 log(RBWnew)/(RBWold)主要性能灵敏度/显示平均噪声电平: 视频带宽视频带宽平滑噪声更容易识别低电平信号减小视频滤波器带宽,我们可以减小噪声峰峰值,即噪声得到平滑
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