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频谱分析仪原理

频谱分析仪技术基础

主要议程

一、基本理论

o信号分析及频谱分析概述

o频谱仪的工作原理

o二、实际应用

o频谱仪基本操作

o频谱仪基本应用

培训达到的目的

l熟悉频谱仪的基本原理l熟悉频谱仪的基本操作

信号的波形信息

幅度

周期

频率噪声、干扰

失真相位误差

信号分析及频谱分析概述

信号分析及频谱分析概述

理想单载波信号在时域和频域的测量结果

信号分析及频谱分析概述

频域测量对信号分析的作用

周期信号的频谱

信号分析及频谱分析概述

AM

信号

信号分析及频谱分析概述

频谱分析仪工作原理

频谱仪的类型

1、傅立叶分析仪

频谱分析仪工作原理

频谱分析仪工作原理

2、扫描式分析仪

频谱分析仪工作原理

3. 超外差式扫描调谐分析仪

2、频谱分析仪的基本框图

低通衰减器

中频中频滤波器

频谱分析仪工作原理

频谱分析仪工作原理

低通滤波器/镜像频率的影响

频谱分析仪工作原理

低通滤波器/镜像频率的抑制

频谱分析仪工作原理

衰减器

频谱分析仪工作原理

频谱分析仪工作原理

f lo

本振扫描过程

SPAN

扫描时间vs RBW

SPAN

matlab频谱分析仪

频谱分析仪 摘要频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器,用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量,是一种多用途的电子测量仪器。随着软硬件技术的发展,仪器的智能化与虚拟化已成为未来实验室及研究机构的发展方向。虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统,且功能灵活,很容易构建,所以应用面极为广泛。本文介绍了一种使用GUI工具箱用matlab实现的简易虚拟频谱分析仪的设计方法。 关键词matlab,频谱分析仪,时域分析,频域分析

目录 1概述 (3) 2技术路线 (4) 3实现方法 (5) 3.1搭建GUI界面 (5) 3.2信号输入 (6) 3.2.1选择信号输入 (6) 3.2.2声卡输入 (7) 3.2.3读取wav文件 (7) 3.2.4信号发生器输入 (7) 3.3时域分析 (8) 3.4频域分析 (9) 3.5仿真 (10) 3.5.1声卡输入 (10) 3.5.2读取wav文件 (10) 3.5.3信号发生器 (11) 4存在的问题 (15) 5致谢...................................................................................................... 错误!未定义书签。参考文献 (15)

1概述 MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,是美国MathWorks公司出品的商业数学软件。可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。图形用户界面(Graphical User Interface,简称GUI,又称图形用户接口)是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面。与早期计算机使用的命令行界面相比,图形界面对于用户来说在视觉上更易于接受。MATLAB自带了强大的GUl工具[1]。在本文中,将利用MATLAB的GUI工具,设计出数字频谱分析仪。 频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器,用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量,可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数,是一种多用途的电子测量仪器。它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果,能分析1赫兹以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号[2]。目前已经有许多较成熟的频谱分析软件,如SpectraLAB、RSAVu、dBFA等[3]。本文将给出的则是通过MATLAB软件实现的基于FFT的数字频谱分析仪。 FFT(Fast Fourier Transformation),即为快速傅氏变换,是离散傅氏变换的快速算法,它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性,对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。它对傅氏变换的理论并没有新的发现,但是对于在计算机系统或者说数字系统中应用离散傅立叶变换,可以说是进了一大步[4]。 通过此次设计,能进一步掌握MATLAB软件开发过程的基本理论、基本知识和基本技能,熟悉基于MATLAB平台的若干信号处理系统开发及调试方法,且成本低,易于实现,容易修改,并可以进行仿真。该设计的进行可以为我们以后的学习工作奠定一定的基础。

频谱分析报告仪地使用方法

频谱分析仪的使用方法 13MHz信号。一般情况下,可以用示波器判断13MHz电路信号的存在与否,以及信号的幅度是否正常,然而,却无法利用示波器确定13MHz电路信号的频率是否正常,用频率计可以确定13MHz电路信号的有无,以及信号的频率是否准确,但却无法用频率计判断信号的幅度是否正常。然而,使用频谱分析仪可迎刃而解,因为频谱分析仪既可检查信号的有无,又可判断信号的频率是否准确,还可以判断信号的幅度是否正常。同时它还可以判断信号,特别是VCO信号是否纯净。可见频谱分析仪在手机维修过程中是十分重要的。 另外,数字手机的接收机、发射机电路在待机状态下是间隙工作的,所以在待机状态下,频率计很难测到射频电路中的信号,对于这一点,应用频谱分析仪不难做到。 一、使用前须知 在使用频谱分析仪之前,有必要了解一下分贝(dB)和分贝毫瓦(dBm)的基本概念,下面作一简要介绍。 1.分贝(dB) 分贝是增益的一种电量单位,常用来表示放大器的放大能力、衰减量等,表示的是一个相对量,分贝对功率、电压、电流的定义如下: 分贝数:101g(dB) 分贝数=201g(dB) 分贝数=201g(dB) 例如:A功率比B功率大一倍,那么,101gA/B=10182’3dB,也就是说,A功率比B功率大3dB, 2.分贝毫瓦(dBm) 分贝毫瓦(dBm)是一个表示功率绝对值的单位,计算公式为: 分贝毫瓦=101g(dBm) 例如,如果发射功率为lmw,则按dBm进行折算后应为:101glmw/1mw=0dBm。如果发射功率为40mw,则10g40w/1mw--46dBm。 二、频谱分析仪介绍 生产频谱分析仪的厂家不多。我们通常所知的频谱分析仪有惠普(现在惠普的测试设备分离出来,为安捷伦)、马可尼、惠美以及国产的安泰信。相比之下,惠普的频谱分析仪性能最好,但其价格也相当可观,早期惠美的5010频谱分析仪比较便宜,国产的安泰5010频谱分析仪的功能与惠美的5010差不多,其价格却便宜得多。 下面以国产安泰5010频谱分析仪为例进行介绍。 1.性能特点 AT5010最低能测到2.24uv,即是-100dBm。一般示波器在lmv,频率计要在20mv以上,跟频谱仪比相差10000倍。如用频率计测频率时,有的频率点测量很难,有的频率点测最不准,频率数字显示不稳定,甚至测不出来。这主要足频率计灵敏度问题,即信号低于20mv频率计就无能为力了,如用示波器测量时,信号5%失真示波器看不出来,在频谱仪上万分之一的失真都能看出来。

简易频谱分析仪

简易频谱分析仪[ 2005年电子大赛二等奖] 摘要:本设计以凌阳16位单片机SPCE061A为核心控制器件,配合Xilinx Virtex-II FPGA及Xilinx公司提供的硬件DSP高级设计工具System Generator,制作完成本数字式外差频谱分析仪。前端利用高性能A/D对被测信号进行采集,利用FPGA高速、并行的处理特点,在FPGA内部完成数字混频,数字滤波等DSP 算法。 SPCE061A单片机是整个设计的核心控制器件,根据从键盘接受的数据控制整个系统的工作流程,包括控制FPGA工作以及控制双路D/A在模拟示波器屏幕上描绘频谱图。人机接口使用128×64液晶和4×4键盘。本系统运行稳定,功能齐全,人机界面友好。 关键字:SPCE061A 简易频谱分析仪 一、方案论证 频谱分析仪是在频域上观察电信号特征,并在显示仪器上显示当前信号频谱图的仪器。从实现方式上可分为模拟式与数字式两类方案,下面对两种方案进行比较: 方案一:模拟式频谱分析仪 模拟方式的频谱仪以模拟滤波器为基础,通常有并行滤波法、顺序滤波法,可调滤波法、扫描外差法等实现方法,现在广泛应用的模拟频谱分析仪设计方案多为扫描外差法,此方案原理框图如图1.1:

图 1.1 模拟外差式频谱仪原理框图 图中的扫频振荡器是仪器内部的振荡源,当扫频振荡器的频率在一定范围内扫动时,输入信号中的各个频率分量在混频器中产生差频信号 (),依次落入窄带滤波器的通带内(这个通带是固定的),获得中频增益,经检波后加到Y放大器,使亮点在屏幕上的垂直偏移正比于该频率分量的幅值。由于扫描电压在调制振荡器的同时,又驱动X放大器,从而可以在屏幕上显示出被测信号的线状频谱图。这是目前常用模拟外差式频谱仪的基本原理。模拟外差式频谱仪具有高带宽和高频率分辨率等优点,但是模拟器件调试复杂,短期实现有难度,尤其是在对频谱信息的存储和分析上,逊色于新兴的数字化频谱仪方案。 方案二:数字式频谱分析仪 数字式频谱仪通常使用高速A/D采集当前信号,然后送入处理器处理,最后将得到的各频率分量幅度值数据送入显示器显示,其组成框图如图1.2: 图 1.2 数字式频谱仪组成框图

频谱分析仪的原理及应用

频谱分析仪的原理及应用 (远程互动方式) 一、实验目的: 1、熟悉远程电子实验系统客户端程序的操作,了解如何控制远地服务器主机,操作与其连接的电子综合实验板和PCI-1200数据采集卡,具体可参照实验操作说明。 2、了解FFT 快速傅立叶变换理论及数字式频谱分析仪的工作原理,同时了解信号波形的数字合成方法以及程控信号源的工作原理。 3、在客户端程序上进行远程实验操作,由程控信号源分别产生正弦波、方波、三角波等几种典型电压波形,并由数字频谱分析仪对这几种典型电压波形进行频谱分析,并对测量结果做记录。 二、实验原理: 1、理论概要 数字式频谱分析仪是通过A/D 采样器件,将模拟信号转换为数字信号,传给微处理器系统或计算机来处理和显示,与模拟仪器相比,数据的量化更精确,而且很容易实现存储、传输、控制等智能化的功能。电压测量的分辨率取决于A/D 采样器件的位数,例如12位A/D 采样的分辨率是1/4096。在对交流信号的测量中,根据奈奎斯特采样定理,采样速率必须是信号频率的两倍以上,采样频率越高,时间轴上的信号分辨力就越高,所获得的信号就越接近原始信号,在频谱上展现的频带就越宽。 本实验系统基于虚拟仪器构建,数字频谱分析仪是通过PCI-1200数据采集卡来实现的。通过虚拟仪器软件提供的网络通信功能,实现客户端与服务器之间的远程通信。由客户端程序发出操作请求,由服务器接受并按照要求控制硬件实验系统,然后将采集到的实验数据发给客户端,由客户端程序进行处理。 频谱分析仪是在频域进行信号分析测量的仪器之一,它采用滤波或傅立叶变换的方法,分析信号中所含各个频率份量的幅值、功率、能量和相位关系。频谱仪按工作原理,大致可分为滤波法和计算法两大类,本实验所用的数字频谱分析仪采用的是计算法。 计算法频谱分析仪的构成如图1所示: 图1 计算法频谱分析仪构成方框图 数据采集部分由数据采集部分由抗混低通滤波(LP )、采样保持(S/H )和模数转换(A/D )几个部分组成。 数字信号处理(DSP )部分的核心是FFT 运算。 有限离散序列Xn 和它的频谱X m 之间的傅立叶变换可表示如下: N-1 nm X m = ∑ Xn ·W N n=0 -j2π/N 式中W N = C n,m = 0,1,……,N-1 1 N-1 -nm Xn = - ∑ X m ·W N N m=0 X m 有N 个复数值,由它可获得振幅和相位谱∣X m ∣,φm 。由于时间信号Xn 总是实函数,X m 的N 个值的前后半部分共轭对称。 由于数据采集进行的是有限时间内的信号采集,而不是无限时间信号,在进行FFT 变

频谱分析仪介绍

频谱分析仪介绍 生产频谱分析仪的厂家不多。我们通常所知的频谱分析仪有惠普(现在惠普的测试设备分离出来,为安捷伦)、马可尼、惠美以及国产的安泰信。相比之下,惠普的频谱分析仪性能最好,但其价格也相当可观,早期惠美的5010频谱分析仪比较便宜,国产的安泰5010频谱分析仪的功能与惠美的5010差不多,其价格却便宜得多。 下面以国产安泰5010频谱分析仪为例进行介绍。 1.性能特点 AT5010最低能测到2.24uv,即是-100dBm。一般示波器在lmv,频率计要在20mv以上,跟频谱仪比相差10000倍。如用频率计测频率时,有的频率点测量很难,有的频率点测最不准,频率数字显示不稳定,甚至测不出来。这主要足频率计灵敏度问题,即信号低于20mv频率计就无能为力了,如用示波器测量时,信号5%失真示波器看不出来,在频谱仪上万分之一的失真都能看出来。 但需注意的是,频谱仪测量的是高频信号,其高灵敏度也就决定了,要注意被测信号的幅度范围,以免损坏高频头,在2.24uv-1V之间,超过其范围应另加相应的衰减器。 AT5010频谱分析仪频率范围在0.15~1000MHz(1G),其系列还有3G、8G、12G等产品。 AT5010频谱分析仪可同时测量多种(理论上是无数个)频率

及幅度,Y轴表示幅度,X轴表示频率,因此能直观的对信号的组成进行频率幅度和信号比较,这种多对比件的测量,示波器和频率计是无法完成的。 2.性能指标 (1)频率 频率范围:0.15—1050MHz 中心频率显示精度:士lOOkHz 频率显示分辨率:lOOkHz 扫频宽度:100kHz/格—100MHz/格 中频带宽(一3dB):400kHz和20kHz 扫描速度:43Hz (2)幅度 幅度范围:一100~+13dBm 屏幕显示范围:80dBm(10dB/格) 参考电平:一27-13dBm(每级10dB) 参考电平精度:±2dD 平均噪声电平:一99dBm (3)输入。 输入阻抗:50n 插座:BNC 衰减器:0~40dB 输入衰减精度:±1dDm

频谱分析仪 简述

图1:示波器显示:幅度与时间(Yt工作模式),信号:三角波用来测量电磁干扰的示波器必须非常快速,而且具有几个纳秒上升时间的特性。因此它们是非常昂贵的。频谱分析仪简单的例子是调谐显示收音机。在原理上这是一个“小的”频谱分析仪。当调谐频率时,场强计显示调谐频率的功率密度。从天线得到的收音机的输入信号包含所有电台的频率。当人工在所有频率带宽内调谐一次后,结果显示幅度随频率变化的图形。频谱分析仪就是基于这个原理(图2),在第二次世界大战中第一次使用频谱分析仪快速得到敌人活动的带宽概况。 图2:频谱分析仪显示:幅度与频率(Yf工作模式),信号:三角波频谱分析仪可以分析信号频率分量到非常高的频率(300GHz).由于信号进行对数处理,频谱分析仪具有极其高的动态范围(>80dB).输入阻抗50Ω.频谱分析仪非常脆弱而且容易被高电平信号毁坏(请注意观察其最大输入电压)。因此,当被测信号未知时,第一次测量时建议假设信号电平非常高。在进行任何测量时,进一步强调使用最大衰减和最大频率范围。牢记标准频谱分析仪仅仅能显示信号的幅度是非常重要的,时间和相位信息丢失,然而在实际应用中大多没有影响。相同信号不同表示每一个周期信号可以表示为时间或频率的函数。正如以上提及的,这两种表示方法具有不同的品质。因为普通频谱分析仪只保留单一频率分量的幅度,时间和相位信息丢失。因此,频谱分析仪的幅度与频率的显示不能重建时域信号。信号时域和频域表示与傅里叶变换有关。 下面信息原理章节将对其进行详细说明。

表1:示波器/频谱分析仪对比 表1是示波器和频谱分析仪的最重要的特性。图1显示时域信号,图2显示相同信号的频域特性。信息原理—时域Jean Joseph Fourier在1808年指出任一周期信号可以分解成一个基波和它的谐波。电子学上意味着:每一个周期信号(方波,三角波,锯齿波和其它波形)都可以用一系列不同幅度和相位的正弦波来重建。图3中曲线1到4相叠加得到一个三角波形。基波(曲线1)与信号的周期相同。曲线2到4被称为谐波,谐波频率总是基波频率的整数倍。考虑的谐波越多,显示越接近真实的三角波形。 图3:曲线1-4叠加构成三角波 频域为了在频域查看三角波,要用到一个实时分析仪。该仪器输入端包含大量并行带通滤波器。如果三角波施加于输入端,只有那些与曲线1到4频率相一致的谐振频率的滤波器输出响应。每一滤波器的输出电压为单一频率的幅度。 表2 傅里叶分析正如前面所呈现的示波器显示的时域三角波信号(图1)和频谱分析仪显示的

史上最好的频谱分析仪基础知识(收藏必备)

频谱分析是观察和测量信号幅度和信号失真的一种快速方法,其显示结果可以直观反映出输入信号的傅立叶变换的幅度。信号频域分析的测量范围极其宽广,超过140dB,这使得频谱分析仪成为适合现代通信和微波领域的多用途仪器。频谱分析实质上是考察给定信号源,天线,或信号分配系统的幅度与频率的关系,这种分析能给出有关信号的重要信息,如稳定度,失真,幅度以及调制的类型和质量。利用这些信息,可以进行电路或系统的调试,以提高效率或验证在所需要的信息发射和不需要的信号发射方面是否符合不断涌现的各种规章条例。 现代频谱分析仪已经得到许多综合利用,从研究开发到生产制造,到现场维护。新型频谱分析仪已经改名叫信号分析仪,已经成为具有重要价值的实验室仪器,能够快速观察大的频谱宽度,然后迅速移近放大来观察信号细节已受到工程师的高度重视。在制造领域,测量速度结合通过计算机来存取数据的能力,可以快速,精确和重复地完成一些极其复杂的测量。 有两种技术方法可完成信号频域测量(统称为频谱分析)。 1.FFT分析仪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。这种仪器同样能分析周期和非周期信号。FFT 的特点是速度快;精度高,但其分析频率带宽受ADC采样速率限制,适合分析窄带宽信号。 2.扫频式频谱分析仪可分析稳定和周期变化信号,可提供信号幅度和频率信息,适合于宽频带快速扫描测试。

图1 信号的频域分析技术 快速傅立叶变换频谱分析仪 快速傅立叶变换可用来确定时域信号的频谱。信号必须在时域中被数字化,然后执行FFT算法来求出频谱。一般FFT分析仪的结构是:输入信号首先通过一个可变衰减器,以提供不同的测量范围,然后信号经过低通滤波器,除去处于仪器频率范围之外的不希望的高频分量,再对波形进行取样即模拟到数字转换,转换为数字形式后,用微处理器(或其他数字电路如FPGA,DSP)接收取样波形,利用FFT计算波形的频谱,并将结果记录和显示在屏幕上。 FFT分析仪能够完成多通道滤波器式同样的功能,但无需使用许多带通滤波器,它使用数字信号处理来实现多个独立滤波器相当的功能。从概念上讲,FFT方法

频谱分析仪使用注意

正确使用频谱分析仪需注意的几点 首先,电源对于频谱分析仪来说是非常重要的,在给频谱分析仪加电之前,一定要确保电源接确,保证地线可靠接地。频谱仪配置的是三芯电源线,开机之前,必须将电源线插头插入标准的三相插座中,不要使用没有保护地的电源线,以防止可能造成的人身伤害。 其次,对信号进行精确测量前,开机后应预热三十分钟,当测试环境温度改变3—5度时,频谱仪应重新进行校准。 三,任何频谱仪在输入端口都有一个允许输入的最大安全功率,称为最大输入电平。如国产多功能频谱分析仪AV4032要求连续波输入信号的最大功率不能超过+30dBmW(1W),且不允许直流输入。若输入信号值超出了频谱仪所允许的最大输入电平值,则会造成仪器损坏;对于不允许直流输入的频谱仪,若输入信号中含有直流成份,则也会对频谱仪造成损伤。 一般频谱仪的最大输入电平值通常在前面板靠近输入连接口的地方标出。如果频谱仪不允许信号中含有直流电压,当测量带有直流分量的信号时,应外接一个恰当数值的电容器用于隔直流。 当对所测信号的性质不太了解时,可采用以下的办法来保证频谱分析仪的安全使用:如果有RF功率计,可以用它来先测一下信号电平,如果没有功率计,则在信号电缆与频谱仪的输入端之间应接上一个一定量值的外部衰减器,频谱仪应选择最大的射频衰减和可能的最大基准电平,并且使用最宽的频率扫宽(SPAN),保证可能偏出屏幕的信号可以清晰看见。我们也可以使用示波器、电压表等仪器来检查DC及AC信号电平。 频谱分析仪的工作原理 频谱分析仪架构犹如时域用途的示波器,外观如图1.2所示,面板上布建许多功能控制按键,作为系统功能之调整与控制,系统主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性.频谱分

频谱仪使用

频谱分析仪系统主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性.频谱分析仪依信号处理方式的不同,一般有两种类型;即时频谱分析仪(Real-Time Spectrum Analyzer)与扫描调谐频谱分析仪(Sweep-Tuned Spectru m Analyzer).即时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅,其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器(Detector),再经由同步的多工扫描器将信号传送到CRT萤幕上,其优点是能显示周期性杂散波(Periodic Random Waves)的瞬间反应,其缺点是价昂且性能受限於频宽范围,滤波器的数目与最大的多工交换时间(Switching Time).最常用的频谱分析仪是扫描调谐频谱分析仪,其基本结构类似超外差式接收器,工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混波器,可调变的本地振荡器经与CRT同步的扫描产生器产生随时间作线性变化的振荡频率,经混波器与输入信号混波降频后的中频信号(IF)再放大,滤波与检波传送到CRT的垂直方向板,因此在CRT的纵轴显示信号振幅与频率的对应关系.影响信号反应的重要部份为滤波器频宽,滤波器之特性为高斯滤波器(Gaussian-Shaped Filter),影响的功能就是量测时常见到的解析频宽(R BW,ResolutionBandwidth).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,两个不同频率的信号频宽如低於频谱分析仪的RBW,此时该两信号将重叠,难以分辨,较低的RBW固然有助於不同频率信号的分辨与量测,低的RBW将滤除较高频率的信号成份,导致信号显示时产生失真,失真值与设定的RB W密切相关,较高的RBW固然有助於宽频带信号的侦测,将增加杂讯底层值(Noise Floor),降低量测灵敏度,对於侦测低强度的信号易产生阻碍,因此适当的RBW宽度是正确使用频谱分析仪重要的概念. 频谱分析仪的使用 一、什么是频谱分析仪在频域内分析信号的图示测试仪。以图形方式显示信号幅度按频率的分布,即 X轴表示频率,Y轴表示信号幅度。 二、原理:用窄带带通滤波器对信号进行选通。 三、主要功能:显示被测信号的频谱、幅度、频率。可以全景显示,也可以选定带宽测试。 四、测量机制: 1、把被测信号与仪器内的基准频率、基准电平进行对比。因为许多测量的本质都是电平测试,如载 波电平、A/V、频响、C/N、CSO、CTB、HM、CM以及数字频道平均功率等。 2、波形分析:通过107选件和相应的分析软件,对电视的行波形进行分析,从而测试视频指标。如 DG、DP、CLDI、调制深度、频偏等。 五、操作: (一)硬键、软键和旋钮:这是仪器的基本操作手段。 1、三个大硬键和一个大旋钮:大旋钮的功能由三个大硬键设定。按一下频率硬键,则旋钮可以微调仪器显示的中心频率;按一下扫描宽度硬键,则旋钮可以调节仪器扫描的频率宽度;按一下幅度硬键,则旋钮可以调节信号幅度。旋动旋钮时,中心频率、扫描宽度(起始、终止频率)、和幅度的dB数同时显 示在屏幕上。 2、软键:在屏幕右边,有一排纵向排列的没有标志的按键,它的功能随项目而变,在屏幕的右侧对 应于按键处显示什么,它就是什么按键。 3、其它硬键:仪器状态(INSTRUMNT STATE)控制区有十个硬键:RESET清零、CANFIG配置、CAL校准、AUX CTRL辅助控制、COPY打印、MODE模式、SAVE存储、RECALL调用、MEAS/USE R测量/用户自定义、SGL SWP信号扫描。光标(MARKER)区有四个硬键:MKR光标、MKR 光标移动、RKR FCTN光标功能、PEAK SEARCH峰值搜索。控制(CONTRL)区有六个硬键:SWEEP扫描、BW带宽、TRIG触发、AUTO COVPLE自动耦合、TRACE跟踪、DISPLAY显示。在数字键区有一个B KSP回退,数字键区的右边是一纵排四个ENTER确认键,同时也是单位键。大旋钮上面的三个硬键是窗

超外差频谱分析仪的原理及组成

显示器 扫描产生器 3.1 超外差式频谱分析仪的原理及组成 3.1.1 超外差频谱分析仪的原理结构图 图3-1所示,为超外差频谱分析仪的简单原理结构图。 图3-1 超外差频谱分析仪的简单原理结构图 由图3-1可知:超外差频谱分析仪一般由射频输入衰减器、低通滤波器或预选器、混频器、中频增益放大器、中频滤波器、本地振荡器、扫描产生器、检波器、视频滤波器和显示器组成。 超外差频谱分析仪的工作原理是:射频输入信号通过输入衰减器,经过低通滤波器或预选器到达混频器,输入信号同来自本地振荡器的本振信号混频,由于混频器是一个非线性器件,因此其输出信号不仅包含源信号频率(输入信号和本振信号),而且还包含输入信号和本 第3章 超外差式频谱分析仪的原理

振信号的和频与差频,如果混频器的输出信号在中频滤波器的带宽内,则频谱分析仪进一步处理此信号,即通过包络检波器、视频滤波器,最后在频谱分析仪显示器CRT 的垂直轴显示信号幅度,在水平轴显示信号的频率,从而达到测量信号的目的。 3.1.2 RF 输入衰减器 超外差频谱分析仪的第一部分就是RF 输入衰减器。可变输入衰减器的作用是保证混频器有一个合适的信号输入电平,以防止混频器过载、增益压缩和失真。由于衰减器是频谱分析仪的输入保护电路,因此基于参考电平,它的设置通常是自动的,但是也可以用手动的方式设置频谱分析仪的输入衰减大小,其设置步长是10dB 、5dB 、2dB ,甚至是1dB ,不同频谱分析仪其设置步长是不一样的。如Agilent 8560系列频谱分析仪的输入衰减的设置步长是10dB 。 图3-2是一个最大衰减为70dB ,步长为2dB 的输入衰减器电路的例子。电路中的电容器是用来避免频谱分析仪被直流信号烧毁,但可惜的是它不仅衰减了低频信号,而且使某些频谱分析仪最小可使用频率增加到100Hz ,而其他频谱分析仪增加到9kHz 。 图3-2 RF 输入衰减器电路 图3-3所示,当频谱分析仪RF 输入信号和本振信号加到混频器的输入时,可以调整RF 输入衰减器,使混频器的输入信号电平合适或最佳,这样就可以提高测量精度。 0到70dB 衰减,步长2dB 电容器

频谱分析仪的工作原理

频谱分析仪的工作原理 频谱分析仪对于信号分析来说是不可少的。它是利用频率域对信号进行分析、研究,同时也应用于诸多领域,如通讯发射机以及干扰信号的测量,频谱的监测,器件的特性分析等等,各行各业、各个部门对频谱分析仪应用的侧重点也不尽相同。下面结合我台DSNG卫星移动站的工作特点,就电视信号传输过程中利用频谱分析仪捕捉卫星信标,监控地面站工作状态等方面,简要介绍一下频谱分析仪的工作原理。 科学发展到今天,我们可以用许多方法测量一个信号,不管它是什么信号。通常所用的最基本的仪器是示波器,观察信号的波形、频率、幅度等。但信号的变化非常复杂,许多信息是用示波器检测不出来的,如果我们要恢复一个非正弦波信号F,从理论上来说,它是由频率F1、电压V1与频率为F2、电压为V2信号的矢量迭加(见图1)。从分析手段来说,示波器横轴表示时间,纵轴为电压幅度,曲线是表示随时间变化的电压幅度。这是时域的测量方法,如果要观察其频率的组成,要用频域法,其横坐标为频率,纵轴为功率幅度。这样,我们就可以看到在不同频率点上功率幅度的分布,就可以了解这两个(或是多个)信号的频谱。有了这些单个信号的频谱,我们就能把复杂信号再现、复制出来。这一点是非常重要的。 对于一个有线电视信号,它包含许多图像和声音信号,其频谱分布非常复杂。在卫星监测上,能收到多个信道,每个信道都占有一定的频谱成份,每个频率点上都占有一定的带宽。这些信号都要从频谱分析的角度来得到所需要的参数。 从技术实现来说,目前有两种方法对信号频率进行分析。 其一是对信号进行时域的采集,然后对其进行傅里叶变换,将其转换成频域信号。我们把这种方法叫作动态信号的分析方法。特点是比较快,有较高的采样速率,较高的分辨率。即使是两个信号间隔非常近,用傅立叶变换也可将它们分辨出来。但由于其分析是用数字采样,所能分析信号的最高频率受其采样速率的影响,限制了对高频的分析。目前来说,最高的分析频率只是在10MHz或是几十MHz,也就是说其测量范围是从直流到几十MHz。是矢量分析。 这种分析方法一般用于低频信号的分析,如声音,振动等。 另一方法原理则不同。它是靠电路的硬件去实现的,而不是通过数学变换。它通过直接接收,称为超外差接收直接扫描调谐分析仪。我们叫它为扫描调谐分析仪。

频谱仪原理及使用方法

频谱仪原理及使用方法 频谱仪是一种将信号电压幅度随频率变化的规律予以显示的仪器。频谱仪在电磁兼容分析方面有着广泛的应用,它能够在扫描范围内精确地测量和显示各个频率上的信号特征,使我们能够“看到”电信号,从而为分析电信号带来方便。 1.频谱仪的原理 频谱仪是一台在一定频率范围内扫描接收的接收机,它的原理图如图1所示。 频谱分析仪采用频率扫描超外差的工作方式。混频器将天线上接收到的信号与本振产生的信号混频,当混频的频率等于中频时,这个信号可以通过中频放大器,被放大后,进行峰值检波。检波后的信号被视频放大器进行放大,然后显示出来。由于本振电路的振荡频率随着时间变化,因此频谱分析仪在不同的时间接收的频率是不同的。当本振振荡器的频率随着时间进行扫描时,屏幕上就显示出了被测信号在不同频率上的幅度,将不同频率上信号的幅度记录下来,就得到了被测信号的频谱。进行干扰分析时,根据这个频谱,就能够知道被测设备或空中电波是否有超过标准规定的干扰信号以及干扰信号的发射特征。 2.频谱分析仪的使用方法 要进行深入的干扰分析,必须熟练地操作频谱分析仪,关键是掌握各个参数的物理意义和设置要求。 (1)频率扫描范围 通过调整扫描频率范围,可以对所要研究的频率成分进行细致的观察。扫描频率范围越宽,则扫描一遍所需要时间越长,频谱上各点的测量精度越低,因此,在可能的情况下,尽量使用较小的频率范围。在设置这个参数时,可以通过设置扫描开始频率目”无“’。04朋和终止频率来确定,例如:startfrequeney=150MHz,stopfrequency=160MHz;也可以通过设置扫描中心频率和频率范围来确定,例如:eenterfrequeney=155MHz,span=10MHz。这两种设置的结果是一样的。Span越小,光标读出信号频率的精度就越高。一般扫描范围是根据被观测的信号频谱宽度或信道间隔来选择。如分析一个正弦波,则扫描范围应大于2f(f为调 制信号的频率),若要观测有无二次谐波的调制边带,则应大于4f。 (2)中频分辨率带宽 频谱分析仪的中频带宽决定了仪器的选择性和扫描时间。调整分辨带宽可以达到两个目的,一个是提高仪器的选择性,以便对频率相距很近的两个信号进行区别,若有两个频率成分同时落在中放通频带内,则频谱仪不能区分两个频率成分,所以,中放通频带越窄,则频谱仪的选择性越好。另一个目的是提高仪器的灵敏度。因为任何电路都有热噪声,这些噪声会将微弱信号淹没,而使仪器无法观察微弱信号。噪声的幅度与仪器的通频带宽成正比,带宽越宽,则噪声越大。因此减小仪器的分辨带宽可以减小仪器本身的噪声,从而增强对微弱信号的检测能力。根据实际经验,在测量信号功率时,一般来说,分辨率带宽RBW宜为

AT5010频谱分析仪

频谱分析仪的使用方法(第一页) 13MHz信号。一般情况下,可以用示波器判断13MHz电路信号的存在与否,以及信号的幅度是否正常,然而,却无法利用示波器确定13MHz电路信号的频率是否正常,用频率计可以确定13MHz电路信号的有无,以及信号的频率是否准确,但却无法用频率计判断信号的幅度是否正常。然而,使用频谱分析仪可迎刃而解,因为频谱分析仪既可检查信号的有无,又可判断信号的频率是否准确,还可以判断信号的幅度是否正常。同时它还可以判断信号,特别是VCO信号是否纯净。可见频谱分析仪在手机维修过程中是十分重要的。 另外,数字手机的接收机、发射机电路在待机状态下是间隙工作的,所以在待机状态下,频率计很难测到射频电路中的信号,对于这一点,应用频谱分析仪不难做到。 一、使用前须知 在使用频谱分析仪之前,有必要了解一下分贝(dB)和分贝毫瓦(dBm)的基本概念,下面作一简要介绍。 1.分贝(dB) 分贝是增益的一种电量单位,常用来表示放大器的放大能力、衰减量等,表示的是一个相对量,分贝对功率、电压、电流的定义如下: 分贝数:101g(dB) 分贝数=201g(dB) 分贝数=201g(dB) 例如:A功率比B功率大一倍,那么,101gA/B=10182’3dB,也就是说,A 功率比B功率大3dB, 2.分贝毫瓦(dBm) 分贝毫瓦(dBm)是一个表示功率绝对值的单位,计算公式为: 分贝毫瓦=101g(dBm) 例如,如果发射功率为lmw,则按dBm进行折算后应为:101glmw/1mw=0dBm。如果发射功率为40mw,则10g40w/1mw--46dBm。 二、频谱分析仪介绍 生产频谱分析仪的厂家不多。我们通常所知的频谱分析仪有惠普(现在惠普的测试设备分离出来,为安捷伦)、马可尼、惠美以及国产的安泰信。相比之下,惠普的频谱分析仪性能最好,但其价格也相当可观,早期惠美的5010频谱分析仪比较便宜,国产的安泰5010频谱分析仪的功能与惠美的5010差不多,其价格却便宜得多。 下面以国产安泰5010频谱分析仪为例进行介绍。 1.性能特点 AT5010最低能测到2.24uv,即是-100dBm。一般示波器在lmv,频率计要在20mv以上,跟频谱仪比相差10000倍。如用频率计测频率时,有的频率点测量很难,有的频率点测最不准,频率数字显示不稳定,甚至测不出来。这主要足频率计灵敏度问题,即信号低于20mv频率计就无能为力了,如用示波器测量时,信号5%失真示波器看不出来,在频谱仪上万分之一的失真都能看出来。

安捷伦 Agilent E4402B 频谱分析仪使用说明简介

Agilent E4402B ESA-E Series Spectrum Analyzer 使用方法简介 宁波之猫 2009-6-17

目录 1简介 (3) 2.面板 (3) 2.1 操作区 (3) 2.2 屏幕显示 (5) 3.各功能区的使用 (6) 3.1 Control(控制)功能区 (6) 3.1.1 Frequency Channel: (6) 3.1.2 Span X Scale (7) 3.1.3 Amplitude Y Scale (7) 3.1.4 Input/Output (7) 3.1.5 View/Trace (7) 3.1.6 Display (8) 3.1.7 Mode (8) 3.1.8 Det/Demod (8) 3.1.9 Auto Cuple (8) 3.1.10 BW/Avg (8) 3.1.11 Trig (9) 3.1.12 Single (9) 3.1.13 Sweep (9) 3.1.14 Source (9) 3.2 Measure(测量)功能区 (9) 3.2.1 Measure (9) 3.2.2 Meas Setup (10) 3.2.3 Meas Control (10) 3.3 System(系统)功能区 (10) 3.3.1 System (10) 3.3.2 Preset (10) 3.3.3 File (11) 3.3.4 Print Setup&Print (11) 3.4 Marker(标记)功能区 (11) 3.4.1 Marker (11) 3.4.2 Peak Search (11) 3.4.3 Freq Count (11) 3.4.4 Marker → (11) 4.测试步骤举例 (12)

超外差频谱分析仪的原理及组成

{ 显示器 扫描产生器 @ 超外差式频谱分析仪的原理及组成 超外差频谱分析仪的原理结构图 @ 图3-1所示,为超外差频谱分析仪的简单原理结构图。 : { % 图3-1 超外差频谱分析仪的简单原理结构图 由图3-1可知:超外差频谱分析仪一般由射频输入衰减器、低通滤波器或预选器、混频 第3章 超外差式频谱分析仪的原理

器、中频增益放大器、中频滤波器、本地振荡器、扫描产生器、检波器、视频滤波器和显示器组成。 超外差频谱分析仪的工作原理是:射频输入信号通过输入衰减器,经过低通滤波器或预选器到达混频器,输入信号同来自本地振荡器的本振信号混频,由于混频器是一个非线性器件,因此其输出信号不仅包含源信号频率(输入信号和本振信号),而且还包含输入信号和本振信号的和频与差频,如果混频器的输出信号在中频滤波器的带宽内,则频谱分析仪进一步处理此信号,即通过包络检波器、视频滤波器,最后在频谱分析仪显示器CRT 的垂直轴显示信号幅度,在水平轴显示信号的频率,从而达到测量信号的目的。 3.1.2 RF 输入衰减器 超外差频谱分析仪的第一部分就是RF 输入衰减器。可变输入衰减器的作用是保证混频器有一个合适的信号输入电平,以防止混频器过载、增益压缩和失真。由于衰减器是频谱分析仪的输入保护电路,因此基于参考电平,它的设置通常是自动的,但是也可以用手动的方式设置频谱分析仪的输入衰减大小,其设置步长是10dB 、5dB 、2dB ,甚至是1dB ,不同频谱分析仪其设置步长是不一样的。如Agilent 8560系列频谱分析仪的输入衰减的设置步长是10dB 。 《 图3-2是一个最大衰减为70dB ,步长为2dB 的输入衰减器电路的例子。电路中的电容器 是用来避免频谱分析仪被直流信号烧毁,但可惜的是它不仅衰减了低频信号,而且使某些频谱分析仪最小可使用频率增加到100Hz ,而其他频谱分析仪增加到9kHz 。 ) 图3-2 RF 输入衰减器电路 图3-3所示,当频谱分析仪RF 输入信号和本振信号加到混频器的输入时,可以调整 RF 0到70dB 衰减,步长2dB 。

频谱分析仪的使用方法

电磁干扰测量与诊断 当你的产品由于电磁干扰发射强度超过电磁兼容标准规定而不能出厂时,或当由于电路模块之间的电磁干扰,系统不能正常工作时,我们就要解决电磁干扰的问题。要解决电磁干扰问题,首先要能够“看”到电磁干扰,了解电磁干扰的幅度和发生源。本文要介绍有关电磁干扰测量和判断干扰发生源的方法。 1.测量仪器 谈到测量电信号,电气工程师首先想到的可能就是示波器。示波器是一种将电压幅度随时间变化的规律显示出来的仪器,它相当于电气工程师的眼睛,使你能够看到线路中电流和电压的变化规律,从而掌握电路的工作状态。但是示波器并不是电磁干扰测量与诊断的理想工具。这是因为: A. 所有电磁兼容标准中的电磁干扰极限值都是在频域中定义的,而示波器显示出的时域波形。因此测试得到的结果无法直接与标准比较。为了将测试结果与标准相比较,必须将时域波形变换为频域频谱。 B. 电磁干扰相对于电路的工作信号往往都是较小的,并且电磁干扰的频率往往比信号高,而当一些幅度较低的高频信号叠加在一个幅度较大的低频信号时,用示波器是无法进行测量。 C. 示波器的灵敏度在mV级,而由天线接收到的电磁干扰的幅度通常为V级,因此示波器不能满足灵敏度的要求。 测量电磁干扰更合适的仪器是频谱分析仪。频谱分析仪是一种将电压幅度随频率变化的规律显示出来的仪器,它显示的波形称为频谱。频谱分析仪克服了示波器在测量电磁干扰中的缺点,它能够精确测量各个频率上的干扰强度。 对于电磁干扰问题的分析而言,频谱分析仪是比示波器更有用的仪器。而用频谱分析仪可以直接显示出信号的各个频谱分量。 频谱分析仪的原理 频谱分析仪是一台在一定频率范围内扫描接收的接收机,它的原理图如图1所示。 图1 频谱分析仪的原理框图

频谱分析仪时域应用介绍

频谱仪一般是一种非时域工具,主要描述信号在频域上的变化(用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量),在时域上使用得并不广泛。不过,RIGOLDSA1000系列频谱仪提供的上位机应用工具UltraSpectrum可以支持这方面的应用。 频谱仪时域应用与分析是建立在频谱数据在时间域上存储(频谱数据+时间信息)形成的数据集基础之上的,通过对该数据集的分析可以得出相关测量结论。下面将结合这一工具来解决分析被测件异常信号(隐含信号)的问题。 频谱仪时域应用与分析:捕获隐含信号 有应用价值的信号(例如通讯领域使用的信号)一般都是周期性信号,信号发生的过程携带着时间信息。RIGOLDSA1000系列频谱仪提供上位机应用工具UltraSpectrum,该工具就是以记录频谱数据以及该频域数据产生的时间数据(以瀑布图形式表现)为分析对象而展开分析应用。 图1:可疑信号D1。 通过图1(或图2)可以清楚地看到频谱数据在不同时间的变化特点。除了图像上看到的“视觉变化外还可以通过配合纵轴上的数据得出“变化趋势的可计量值(拟合出的信号随时间变化的曲线,曲线上读值)。下面开始借助这一工具分析异常信号(隐含信号)。

图2:可疑信号D2和D3。 图1(或图2)中的瀑布图横坐标为频率,纵坐标为采集时间(这里未显示),颜色域表示频谱强度。中间的横向红线为标记线(用来标记查看特定时刻的某一条频谱轨迹)。可以看到,该图显示的是当前从仪器(DSA1020)获取的一段时间内频谱数据的累加数据,红色区域(非横向标记线)为主信号区域(由于该信号带宽很小,因此在瀑布图中表现为纵向“红线),其左右为两个有效信号。这三个信号形成的“田垄较平坦说明该部分信号稳定。而在主信号左侧隐约出现三个信号形成的“田垄(矩形框标记位置),这些信号就是可疑信号(从右向左依次命名为D1-Distrustful1、D2-Distrustful2、D3-Distrustful3)。图3是通过示波器采集到的时域信号(与频谱仪测量的为同一信号),显示的是一个较稳定正弦波。通过观察图3很难发现该信号出现的问题。 将标记线移到异常出现位置(选择该异常数据),该谱线如图1所示,可以发现在图1中主信号的左侧出现一信号D1。 观察图1可以发现该信号“时隐时现有一定规律性(该规律性可通过记录的时间推算出)。通过读值发现D1信号出现规律为(设定存储的第一个数据编号为0): 依照上表可以大致地推算出该信号的出现周期约为38.8s(25.5+13.3),该被测件存在一个周期性叠加信号,信号周期约为38.8s(0.0257Hz)。 观察图2可以发现,D2、D3信号很难在一般的二维频谱显示中发现其特征(图2下二维坐标系中,在该坐标系中D2、D3可能被认为是底噪部分),但在瀑布图中因为较稳定会出现“田垄所以较明显,进而可以发现该信号一些“隐性特征。

频谱仪的简单原理

频谱仪的简单原理 通常我们要对即将传输或者已经接收的信号进行分析,以获取我们所需要的信息。为了获取不同的信息我们通常将信号放在不同的域进行分析,如下图所示: 对于时域(时间和幅值)的分析我们通常采用示波器,获取信号的幅度、周期、频率等信息;对于频域(频率和幅值)的分析我们通常采用频谱分析仪,获取信号的频率、功率、谐波、噪声等信息;剩下的则是时间和频率的域,我们称之为矢量域,我们可以通过适量分析仪获取信号的幅度误差、矢量误差、相位误差等信息。现在的许多频谱分析仪也兼有矢量分析仪的功能。 按照工作原理分,频谱有两种基本的类型:实时频谱仪和扫频调谐式频谱仪。实时频谱仪包括多通道滤波器(并联型)频谱仪和FFT频谱仪。扫频调谐式频谱仪包括扫描射频调谐型频谱仪和超外差式频谱仪。其中超外差频谱仪应用最为广泛。 1.超外差频谱仪

如下图所示是典型的超外差频谱分析仪的实现框图: 原始输入信号首先经过一个低通滤波器,随后经过衰减器到达混频器以后,与来自本振的信号相混频。因为混频器本身就是非线性器件,所以输出信号除了包含两个原始的信号之外,还包含谐波,以及原始信号与谐波的差信号与和信号。如果混频信号落在中频滤波器的通带范围内,则信号会被进一步处理,中频信号再经过放大、滤波后送到检波器检波.检波输出信号经视频滤波器滤波,成为与输入信号功率幅度相对应的视频信号,体现在显示屏的Y轴上;扫频控制器将扫描电压与本振频率对应起来,改变频谱仪本振频率的同时将改变显示屏X轴的扫描电压。这样,频谱仪就可以将输入信号在不同频率处的功率幅度大小体现在显示屏上了。 假设频率轴上有一个特定的窗口,那么只有进入到该窗口内的信号才能被检测到,这就是它的基本原理。如果窗口从频率点f1 扫描到频率点f2,就可以得到不同频率上的信号功率,也就得到了被测信号

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