随着信号处理和ＤＳＰ技术的不断发展，频谱分析仪不仅在显示频率范围和可操作性上有了发展，而且测试精度也有了进一步提高。不仅在频域测试中独领风骚，而且还具有一定的时域、调制域测试功能。
本文以安捷伦的Ｅ４４４０高性能频谱分析仪为例，给出了高性能频谱分析仪时域测量功能在调幅、调频、脉冲调制测试中的应用。比起通用的示波器进行的时域测量，这种测量方式更好地表征了调制信号的某些调制特性。
高性能频谱分析仪的时域测量功能相当于一个窄
带通信接收机，它能显示以中心频率为中心的带内频率的时域波形。该功能仅仅是使频谱分析仪的ＳＰＡＮ（跨度）设置为０Ｈｚ，从原理上说只是频谱分析仪的一个小小的扩展应用。我们从频谱分析仪的原理图来说明这个测试的理论依据。
图１是扫频式频谱分析仪的原理框图。当ＳＰＡＮ（跨度）为０Ｈｚ的时候，扫描控制器的控制信号不再是锯齿波，而是一固定电压值。扫描控制器控制ＬＣＤ显示轴的ｘ轴，当它从水平线上扫描时，ｘ轴上显示的就为该中心频率点上扫描起始时间到结束时间的波形，即时域波形。另一方面，扫描控制器变成一条水平线时，ＬＯ的输出频率固定，混频器后的输出信号经过一个通带为分辨力带宽的带通滤波器，然后通过包络检波器检出信号的包络，控制ＬＣＤ垂直轴显示信号幅度。
高性能频谱分析仪的
时域测量技术及其应用
ＴｈｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＳｐｅｃｔｒｕｍＡｎａｌｙｚｅｒ
桂林电子工业学院（广西桂林５４１００４）何梅
中国电子技术标准化研究所（北京１００００７）胡菊萍
摘要：本文分析了高性能频谱分析仪时域测量功能的原理，并给出其时域测量功能在调幅、调频、脉冲调制测试中的应用。与通用示波器相比，这种测量有其独特之处，可更好地表征信号的部分调制域特性。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｐｅｒ－ｆｏｒｍａｎｃｅｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｚｅｒａｎｄｉｔｓｕｓｅｉｎＡｍｐｌｉｔｕｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＡＭ），Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＦＭ）ａｎｄｐｕｌｓｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｕｓｕａｌｏｓｃｉｌｌｏｇｒａｐｈ，ｔｈｉｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｈａｓｉｔｓｏｗｎａｄｖａｎｔａｇｅｓ．Ｉｔｅｘｐｒｅｓｓｅｓｓｏｍｅｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆｓｉｇｎａｌｗｅｌｌｉｎｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｄｏｍａｉｎ．
关键词：高性能频谱分析仪Ｅ４４４０时域测量
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＨｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｚｅｒＥ４４４０Ｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
１引言
２时域测量原理
这里有几点要说明：其一，已调信号和ＬＯ信号进行谐波混频后，将有用信号频移到３．６ＭＨｚ的中频上，然后通过一个中心频率为３．６ＭＨｚ的中频滤波器滤出有用信号，再通过检波器让信号的幅值显示在相对频率（当ＳＰＡＮ为０Ｈｚ的时候，就是相对时间）的位置。最终在ＬＣＤ上显示的是已调信号的包络，它已经滤去已调信号的载波；其二，中频滤波器在时域测量时，必须尽可能的加大其分辨力带宽，这样才能保证信号的完整性。
当频谱分析仪在ＺｅｒｏＳｐａｎ（跨度为０Ｈｚ）状态时，频谱分析仪为时域分析工作方式，等同于工作在中心频率，带宽为分辨力带宽（ＲＢＷ）的接收机，它可以显示信号的包络波形，实现ＡＭ信号的解调。３．１
时域测量功能在ＡＭ信号测试中的应用使用频谱分析仪的时域测量功能可以获取已调ＡＭ信号解调的波形，ＡＭ信号的调制度和ＡＭ信号的调制频率。
测试条件：
使用信号源发出一个ＡＭ信号，调制
波可以是正弦波、方波、锯齿波等。
这里使用Ａｇｉｌｅｎｔ的Ｅ４４３８分别发出３个载波频率为１ＧＨｚ、幅度为－１０ｄＢｍ（７０．７ｍＶ），调制波频率为１０ｋＨｚ的正弦波、三角波、方波，调制指数为５０％的信号。然后，使用频谱仪观察信号源的输出波形，并设置频谱仪，使它的ＳＰＡＮ（跨度）为０Ｈｚ，中心频率为１ＧＨｚ，视频带宽ＶＢＷ、分辨力带宽ＲＢＷ为３ＭＨｚ（分辨力带宽尽量设大点，Ｅ４４４０的最大分辨力带宽为８ＭＨｚ），垂直轴为线性方式显示。
测试结果分析：图２、图３分别是调制波为正弦
波、锯齿波的时域测量波形。由于频谱分析仪的时域测量功能显示的是信号的包络，而ＡＭ信号可以通过包络检波，所以时域测量波形直接是解调后的波形。通过观察，基本上，解调后的波形和输入的调制波波
形一致。我们来看看如何测量调幅波的调制频率和调制指数。调制频率是被解调波形的频率，测试这３个波形的周期就可以获得调制频率，从图上看，标记１和１Ｒ在ｘ轴上的差值（图２、图３下部数据表中１△所对应的ｘＡｘｉｓ项的值）就是调制波的周期。由于我们获得的是包络，根据调幅波的时域特征，测得２和２Ｒ在Ｙ轴上的比值（２△所对应的Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ的值）就可以计算调制指数。计算公式为：
式中：
ｆｍｏｄ为调制波频率；Ｔ为调制波周期；ｍ为调制指数；
Ｅｍａｘ为调制波波峰的幅度；Ｅｍｉｎ为调制波波谷的幅度；
Ｅｍｉｎ／Ｅｍａｘ为图２、图３中右下角的２△所对应的幅度（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）值；在图２中，Ｅｍｉｎ／Ｅｍａｘ的值为３４．４５％。
ＡＭ波时域测量数据如表１所示。
从表１来看，调制频率测量基本上非常准确。实际做实验的时域，由于频谱分析仪是数字化的仪器，在整个波形中，每两个相邻峰值之间测得的周期有时候会有很小的误差，如果要获得更科学的值，可以通
图１扫频式频谱分析仪原理框图
图２调制信号为正弦波的ＡＭ波的时域波形图
中频滤波器检波器
混频器输入
扫描控制器
ＬＯ
Ａ０
ｆ
ＬＣＤ显示
３
时域测量功能的应用
＝
１／
＝＋
＝１
１＋
／
过测量多个脉冲之间的时间，然后除以周期数，得到一个相对精度较高的测试值。而调制指数的结果就不是很好，方波和正弦波的调制指数结果比较准确，只有锯齿波（Ｒａｍｐ）的测量误差比较大。其原因在于Ｒａｍｐ是锯齿波，它在最大最小值之间波形跳变时，由于仪器并未完全跟上它的跳变，或者它的最小点没有被采样到，导致它的调制指数变小。
表２为调制信号为Ｒａｍｐ的ＡＭ波时域测量信号。
从表２可以看出，在调制频率低于５ｋＨｚ时，调制指数测量的值基本上是准确的。而频率越高，采样频率对最小点处的值采样点数减少，直接导致ｍ的测量值在大于５ＭＨｚ后误差增大。
３．２使用时域测量功能区分ＡＭ、窄带ＦＭ信号单从频谱上，我们无法区分ＡＭ、窄带ＦＭ信号，但我们可以用时域测量功能来区分ＡＭ、窄带ＦＭ信号。如３．１所描述的，在时域测量情况下，ＡＭ调制信号测量
结果是它的解调信号，而ＦＭ是恒包络信号，在时域测量情况下，就成了一条直线。
测试条件：ＡＭ、ＦＭ信号的载波频率为１ＧＨｚ、幅度为－１０ｄＢｍ。ＡＭ信号的调制度为５０％，调制波频率为１０ｋＨｚ。ＦＭ的频率偏移为５ｋＨｚ，调制波频率为１０ｋＨｚ。
测试结果分析：ＡＭ波频域的波形如图４所示，而ＦＭ的频域波形基本和图４相同，从频域上我们无法区分这两个信号。由于ＦＭ是恒包络信号，频谱分析仪时域测量的波形为一条水平线。而ＡＭ信号的包络就是它的调制波形（见图２），这样我们就很容易在时域图中区分ＡＭ、ＦＭ波。
３．３使用时域测量功能测量脉冲调制信号
调幅信号是单一正弦信号，它产生一对对称的分布于载波两旁的边带。一个脉冲由无数谐波组成，每一谐波产生一对调幅边带。脉冲调制从本质上来说也是ＡＭ调制的一种。所以说，脉冲调制也可以通过包络检波获得它的调制波波形。
测试条件：信号源设置为载波１ＧＨｚ、－１０ｄＢｍ（７０．７ｍＶ）；脉冲调制波参数为脉宽
２０
ｓ。
测试结果分析：如图５所示，脉冲周期为
８０
＝１８．６７
／Ｔ）＝－１０ｄＢｍ－２０ｌｇ（１８．６７／８０）＝－２．６３ｄＢｍ
（１）在中心频率测量频谱的条件下，调整ＳＰＡＮ
图３调制信号为锯齿波的ＡＭ波
表１
调制波波形正弦波方波锯齿波
参考调制频率（ｋＨｚ）１０１０１０
参考调制指数ｍ（％）５０５０５０
周期（
图４ＡＭ波的频谱图
４在时域测量中需要注意的问题
为０Ｈｚ，使得频谱分析仪工作在时域测量状态。（２）设置最宽的分辨力带宽（ＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＢａｎ－ｄｗｉｄｔｈ），这样可以包含更多的频谱分量。
（３）设置最宽的视频带宽（ＶｉｓｕａｌＢａｎｄｗｉｄｔｈ），这样可以防止平均。
（４）垂直轴用线性方式显示。
（５）在测量方波的调制指数时，一定要选方波平稳部分的点，这样可以提高测试的准确度。
（６）调整扫描时间（Ｓｗｅｅｐ）来获得最佳的测量波形。
（７）在调幅测量中，调制波频率较小时频谱仪测得的调制指数准确度高，这是由于能够获取足够的采样点数。
（８）如果载波频率低于２０ＭＨｚ，应该使用ＤＣ耦合，如果使用ＡＣ耦合，低频端的数据幅度误差会很大，将导致错误的测试结果。不同的频谱分析仪有不同的范围，可参考仪器手册。
频谱分析仪的时域测量功能还有一定的局限性，并不是所有调制信号都可以用。在可测的调制信号中，也有由于其结构的局限性而导致的测量误差的增大。但不可否认的是，时域测量功能扩展了频谱分析仪测量的领域。
参考文献
１ＡｇｉｌｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ：ＡｇｉｌｅｎｔＰＳＡ系列高性能频谱分
析仪．
２ＡｇｉｌｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ：ＡｇｉｌｅｎｔＰＳＧ＋ＥＳＧ系列高性能信
号源．
图５
时域测量下的脉冲调制波形
５结论
YN-100MF
YTXC-150-I 无锡市惠华特种仪表有限公司
本公司位于风景秀丽交通便捷的太湖之滨，是专业生产各类特种仪表的企业，产品广泛适用于石油、化工、
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