频谱分析仪的时域测量技术及其应用
- 格式:doc
- 大小:126.00 KB
- 文档页数:6
什么是频谱分析仪,频谱分析仪的工作原理是什么,频谱分析仪怎样使用?什么是频谱分析仪?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赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。
仪器内部若采用数字电路和微处理器,具有存储和运算功能;配置标准接口,就容易构成自动测试系统。
频谱分析仪的工作原理以及应用方面推广:频谱分析仪的组成及工作原理图1所示为扫频调谐超外差频谱分析仪组成框图。
输入信号经衰减器以限制信号幅度,经低通输入滤波器滤除不需的频率,然后经混频器与本振(LO)信号混频将输入信号转换到中频(IF)。
LO 的频率由扫频发生器控制。
随着LO频率的改变,混频器的输出信号(它包括两个原始信号,它们的和、差及谐波,)由分辨力带宽滤波器滤出本振比输入信号高的中频,并以对数标度放大或压缩。
然后用检波器对通过IF滤波器的信号进行整流,从而得到驱动显示垂直部分的直流电压。
随着扫频发生器扫过某一频率范围,屏幕上就会画出一条迹线。
该迹线示出了输入信号在所显示频率范围内的频率成分。
频谱仪各部分作用及显示信号分析输入衰减器:保证频谱仪在宽频范围内保持良好匹配特性,以减小失配误差;保护混频器及其它中频处理电路,防止部件损坏和产生过大的非线性失真。
混频器:完成信号的频谱搬移,将不同频率输入信号变换到相应中频。
在低频段(《3GHz)利用高混频和低通滤波器抑制镜像干扰;在高频段(》3GHz)利用带通跟踪滤波器抑制镜像干扰。
本振(LO):它是一个压控振荡器,其频率是受扫频发生器控制的。
其频率稳定度锁相于参考源。
扫频发生器:除了控制本振频率外,它也能控制水平偏转显示,锯齿波扫描使频谱仪屏幕上从左到右显示信号,然后重复这个扫描不断更新迹线。
频谱分析仪解决方案一、概述频谱分析仪是一种用于测量和分析信号频谱特性的仪器,广泛应用于无线通信、电子设备测试、音频与视频处理等领域。
本文将介绍一种频谱分析仪解决方案,包括其原理、技术特点、应用场景和优势。
二、原理频谱分析仪基于傅里叶变换原理,将时域信号转换为频域信号,通过显示信号在频率上的分布情况,帮助用户了解信号的频谱特性。
它可以测量信号的频率、幅度、相位等参数,并提供频谱图、功率谱密度图等图形显示。
三、技术特点1. 宽频带覆盖:频谱分析仪具有宽频带覆盖能力,可以处理从几千赫兹到数十吉赫兹的信号。
2. 高精度测量:采用高精度的采样和数字信号处理技术,能够实现对信号参数的精确测量。
3. 实时性能:具备实时处理能力,可以对连续变化的信号进行实时监测和分析。
4. 多功能操作:支持多种测量模式和参数设置,满足不同应用场景的需求。
5. 用户友好界面:提供直观的操作界面和数据显示,方便用户快速掌握仪器的使用方法。
四、应用场景1. 通信领域:频谱分析仪在无线通信系统的规划、优化和故障排查中起到重要作用。
它可以帮助工程师分析信号的频谱利用率、干扰情况等,提供有效的解决方案。
2. 电子设备测试:频谱分析仪可用于电子设备的调试和测试,包括射频电路、信号发生器、功率放大器等。
通过对信号频谱特性的分析,可以发现和解决电路中的问题。
3. 音频与视频处理:频谱分析仪可用于音频和视频信号的处理与分析。
例如,在音频系统中,可以通过分析频谱特性来优化音频设备的参数设置,提高音质和音量。
4. 科学研究:频谱分析仪在科学研究中也有广泛应用,如天文学、地球物理学等领域。
它可以帮助研究人员分析和研究信号的频谱特性,探索自然界的规律。
五、优势1. 高性能:频谱分析仪采用先进的技术和算法,具有高灵敏度、高分辨率和高动态范围等优势,能够满足复杂信号分析的需求。
2. 可靠性:经过严格的质量控制和测试验证,频谱分析仪具有良好的稳定性和可靠性,可长时间稳定工作。
频谱分析仪的原理和应用一、频谱分析仪的原理频谱分析仪是一种用于分析信号频谱的仪器。
它基于傅里叶变换的原理,将时域信号转换为频域信号,从而可以对信号的频谱特性进行分析。
频谱分析仪的主要原理如下:1.傅里叶变换:傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的数学方法。
频谱分析仪通过对信号进行傅里叶变换,可以将信号分解成不同频率的成分,从而得到信号的频谱图。
2.FFT算法:快速傅里叶变换(FFT)是一种高效计算离散傅里叶变换的算法。
频谱分析仪通常使用FFT算法对信号进行频谱分析,以实现实时的频谱显示和分析。
3.功率谱密度:频谱分析仪通过计算信号功率谱密度,可以得到不同频率下的信号功率分布情况。
功率谱密度可以反映信号的频谱特性,包括频率分量的强度、分布和峰值等信息。
4.窗函数:为了减少频谱泄漏和谱分辨率损失,频谱分析仪通常使用窗函数对信号进行加窗处理。
常用的窗函数有矩形窗、汉宁窗、汉明窗等,不同窗函数会对频谱的主瓣宽度和副瓣衰减等产生影响。
二、频谱分析仪的应用频谱分析仪在科学研究、工程领域和日常生活中具有广泛的应用。
下面列举了一些常见的应用场景:1. 无线通信•频率分配:频谱分析仪可以用于无线通信系统中的频率规划和频段分配。
通过分析不同频段的使用情况,可以避免频谱的重叠和冲突,提高通信系统的传输效率和可靠性。
•信道测量:频谱分析仪可以对无线信道进行测量和分析,了解信道的传输特性和衰减情况。
这对于优化信号传输、调整天线方向和减少干扰都是非常重要的。
2. 电子设备测试•信号分析:频谱分析仪可以用于对电子设备的输入和输出信号进行分析。
通过分析信号的频谱特性,可以检测设备是否存在频率误差、频率扭曲和幅度失真等问题。
•干扰检测:频谱分析仪可以用于检测和定位电子设备之间的干扰问题。
通过分析干扰源的频谱特征,可以确定干扰源的位置和频率,从而采取相应的措施进行干扰抑制和消除。
3. 音频处理•音频分析:频谱分析仪可以对音频信号进行频谱分析,了解音频信号的频率分布和能量分布情况。
物理实验中常用的频谱分析技术使用方法与注意事项频谱分析技术是物理实验中常用的一种手段,通过对信号频谱进行分析,可以得到信号的频率分布情况,并进一步分析信号的特征和性质。
在物理实验中,频谱分析技术广泛应用于各个领域,如声学、电子、光学等。
本文将介绍频谱分析技术的使用方法和注意事项。
一、频谱分析技术的基本原理频谱分析技术是利用傅里叶变换原理将时域信号转换为频域信号的一种方法。
在物理实验中,我们常用的频谱分析仪器有示波器和频谱仪。
示波器是一种常见的频谱分析仪器,它可以将信号的时域波形显示出来。
通过示波器,我们可以观察到信号的振幅、周期、脉冲宽度等特征。
同时,示波器还能够进行频谱分析,将信号在频域上的分布情况显示出来。
频谱仪是一种专门用于频谱分析的仪器,它能够精确地分析信号的频率成分和幅度。
频谱仪通常采用傅里叶变换算法,将信号从时域转换为频域,并通过显示屏或计算机软件展示出频谱图。
二、频谱分析技术的使用方法在进行频谱分析时,需要注意以下几个方面。
1. 选择合适的采样率和采样点数。
采样率是指对信号进行采样的频率,采样点数是指采样的点的个数。
频谱分析的准确性与采样率和采样点数密切相关。
通常情况下,采样率应该是被测信号最高频率的几倍,采样点数应该取足够大,以充分表达被测信号的频率特性。
2. 选择适当的窗函数。
窗函数是对信号进行分析时的一种数学函数。
不同的窗函数对信号的频谱分析结果有不同的影响。
常见的窗函数有矩形窗、汉宁窗、海明窗等。
根据被测信号的特性选择合适的窗函数可以提高频谱分析的准确性。
3. 防止噪声干扰。
在实际测量中,噪声是频谱分析的一个重要干扰因素。
为了减小噪声对频谱分析结果的影响,可以采用滤波器对信号进行预处理,或者增加信号的采样次数进行平均处理。
4. 对频谱图进行解读。
频谱图是频谱分析结果的主要展示形式。
在观察频谱图时,需要注意信号的主要频率成分以及幅度大小。
通过对频谱图的解读,可以得到信号的频率分布情况,判断信号的特征和性质。
(工作分析)频谱分析仪工作原理和应用频谱分析仪工作原理和应用《频谱分析仪工作原理和应用》原始文档本章除了说明频谱分析仪工作原理、操作使用说明之外,也将其应用领域范围作详细的介绍,尤其应用于天线特性的量测技术将有完整说明。
本章的内容包括:本章要点1-1概论1-2频谱分析仪的工作原理1-3频谱分析仪的应用领域实习一频谱分析仪1-1概论就量测信号的技术观之,时域方面,示波器为一项极为重要且有效的量测仪器,它能直接显示信号波幅、频率、周期、波形与相位之响应变化,目前,一般的示波器至少为双轨迹输出显示装置,同时也具有与绘图仪连接的 IEEE-488、IEEE-1394 或 RS-232 接口功能,能将屏幕上量测显示的信息绘出,作为研究比较的依据,但它仅局限于低频的信号,高频信号则有其实际的困难。
频谱分析仪乃能弥补此项缺失,同时将一含有许多频率的信号用频域方式来呈现,以识别在各个频率的功率装置,以显示信号在频域里的特性。
图 1.1 说明方波在时域与频域的关系,此立体坐标轴分别代表时间、频率与振幅。
由傅立叶级数(Fourier Series)可知方波包含有基本波(Fundamental Wave)及若干谐波(Harmonics),信号的组合成份由此立体坐标中对应显示出来。
低频时,双轨迹模拟与数字示波器为目前信号时域的主要量测设备,模拟示波器可量测的输入信号频率可达 100 MHz,数字示波器有 100 MHz 与 400(或 500)MHz 等多种。
屏幕上显示信号的意义为横轴代表时间,纵轴代表信号电压的振幅,用示波器量测可得到信号时间的相位及信号与时间的关系,但无法获知信号失真的数据,亦即无法获知信号谐波分量的分布情况,同时量测微波领域(如 UHF 以上的频带)信号时,基于设备电子组件功能的限制、输入端杂散电容等因素,量测的结果无可避免地将产生信号失真及衰减,为解决量测高频信号上述的问题,频谱分析仪为一适当而必备的量测仪器,频谱分析仪的主要功能是量测信号的频率响应,横轴代表频率,纵轴代表信号功率或电压的数值,可用线性或对数刻度显示量测的结果。
频谱仪原理及使用方法频谱仪是一种用来分析信号频谱的仪器,它能够将信号的频谱分解为不同频率成分的幅度或相位信息,从而提供了对信号频谱特性的详细了解。
频谱仪广泛应用于无线通信、音频处理、雷达系统、天文观测等领域。
一、频谱仪原理:频谱分析基于信号的傅里叶分析原理,将时域中的信号转换为频域中的频谱信息。
频谱仪的工作原理主要包括三个步骤:采样、转换和显示。
1.采样:频谱仪通过将信号进行采样,将连续的时域信号转化为离散的时序数据。
采样定理要求采样率必须大于信号的最大频率,以确保不会发生混叠现象。
2.转换:采样的信号需要通过电子转换器进行模拟到数字的转换。
最常见的转换方式是快速傅里叶变换(FFT),它可以将时域信号转换为频域信号。
3.显示:转换后的频域数据通过显示单元在频谱仪的屏幕上进行显示。
频谱仪通常可以显示频谱的幅度信息或相对相位信息,用户可以根据实际需要选择不同的显示模式。
二、频谱仪使用方法:1.连接设备:首先将待分析的信号源与频谱仪相连,可以通过电缆连接、无线连接等方式进行。
2.设置参数:根据需要设置频谱仪的采样率、带宽、分辨率等参数。
采样率和带宽的选择需根据信号的特点进行调整,以保证能够正确捕获信号的频谱信息。
3.观测目标:确定待测信号的特点和需求,如频率范围、幅度范围等。
根据实际需求选择适当的显示模式和触发模式,并调整触发电平、触发延时等参数。
4.分析信号:开始对信号进行分析,根据实际需要选择合适的时间窗口、分辨率、峰值保持等参数,以获取准确的频谱信息。
5.解读结果:根据频谱仪显示的频谱图,观察信号的频率分布和幅度特征。
可以通过缩放、平移、峰值等功能,对结果进行详细的分析和解读。
6.数据处理:对采集到的频谱数据进行处理,可以进行谱线拟合、峰值提取、频偏校正等操作,得到更准确的频谱信息。
7.存储和输出:频谱仪通常具有数据存储和输出功能,可以将频谱数据保存到存储器中,并通过接口将数据输出到计算机或其他设备进行后续处理或记录。
频谱分析仪解决方案一、引言频谱分析仪是一种用于测量和分析信号频谱特征的仪器,广泛应用于无线通信、电子设备测试、音频分析等领域。
本文将详细介绍频谱分析仪的工作原理、应用领域、技术指标以及市场前景,为用户提供全面的解决方案。
二、工作原理频谱分析仪通过将输入信号进行快速傅里叶变换(FFT)来将时域信号转换为频域信号。
它能够显示信号在不同频率上的能量分布情况,帮助用户了解信号的频谱特征。
同时,频谱分析仪还具备功率谱密度、相位噪声、频谱仪、谱仪、频谱测量等功能。
三、应用领域1. 无线通信:频谱分析仪在无线通信领域中起到至关重要的作用。
它可以用于无线电频谱监测,帮助监管部门对无线电频谱资源进行管理和规划。
同时,频谱分析仪还可以用于无线电干扰分析,帮助工程师快速定位和解决干扰问题。
2. 电子设备测试:频谱分析仪在电子设备测试中广泛应用。
它可以用于测试和分析各种信号的频谱特征,包括射频信号、微波信号、音频信号等。
通过对信号的频谱特征进行分析,用户可以评估设备的性能和质量,并进行故障诊断和优化。
3. 音频分析:频谱分析仪在音频领域中也有重要的应用。
它可以用于音频信号的频谱分析和声音质量评估。
通过对音频信号的频谱特征进行分析,用户可以了解音频信号的频率分布、谐波失真等信息,从而进行音频设备的调试和优化。
四、技术指标1. 频率范围:频谱分析仪的频率范围是衡量其性能的重要指标。
不同的应用领域对频率范围有不同的要求,用户在选择频谱分析仪时需要根据具体需求进行选择。
2. 分辨率带宽:分辨率带宽是指频谱分析仪能够分辨的最小频率间隔。
分辨率带宽越小,频谱分析仪的分辨能力越高。
3. 动态范围:动态范围是指频谱分析仪在不同信号强度下能够测量的最大和最小信号强度之间的比值。
动态范围越大,频谱分析仪的测量范围越宽。
4. 相位噪声:相位噪声是指频谱分析仪在测量过程中引入的相位误差。
相位噪声越小,频谱分析仪的测量精度越高。
五、市场前景随着无线通信技术的快速发展和电子设备的普及,频谱分析仪市场呈现出良好的发展前景。
性能频谱分析仪的时域测量技术及其应用摘要:本文分析了高性能频谱分析仪的时域测量功能的原理,并给出其时域测量功能在调幅(AM)、调频(FM)、脉冲调制测试中的应用。
比起通用的示波器,这种测量有其独特之处,它更好的表征信号的部分调制域特性。
关键字:高性能频谱分析仪; E4440; 时域测量The Technology and Application of Time Domain Measurement of High PerformanceSpectrum AnalyzerAbstract: This paper analyzes the principle of time domain measurement function of high performance spectrum analyzer and its use in Amplitude modulation(AM), Frequency modulation(FM) and pulse modulation test. Compared with usual oscillograph, this measurement function has its own advantages. It expresses some character of signal well in modulation domain.Key Words: high performance spectrum analyzer; E4440; time domain measurement0 引言随着信号处理和DSP技术的不断发展,频谱分析仪的功能越来越强大。
不仅仅在显示的频率范围和可操作性上有了长足的发展,而且测试的精度进一步提高和测试的功能越来越多。
频谱分析仪发展到今天,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。
本文阐述了高性能频谱分析仪的时域测量功能的原理,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。
频谱分析仪的使用及实用技巧频谱分析仪是一款功能多、用途广的电子测量设施,既可以对放大器、滤波器等线路线路系统的部分参数进行测量,还能够对于信号的调制度、频率稳定性等方面进行一个参数测量。
下面则对频谱分析仪的使用与实用技巧进行一个讲解。
频谱分析仪的使用测量的可测量性和不确定性完全取决于频谱分析仪的设置。
这包括衰减器,频率范围和分辨率带宽的设置。
频谱分析仪的设置包括频率范围,分辨率和动态范围。
动态范围还涉及最大输入功率,即燃尽功率。
当输入信号小于1W超过线性工作区域时,增益压缩会导致错误。
此外,灵敏度也被认为是频谱分析仪是否可以测量输入信号的关键。
应从两个方面观察参数的频率范围。
一个是频率范围是否足够窄以具有足够的频率分辨率,即足够窄的扫描宽度。
两者是频率范围是否具有足够的宽度,以及是否可以测量二次和三次谐波。
当使用频谱分析仪测量放大器的谐波失真时,如果放大器为1GHz,则其三次谐波为3GHz,这是考虑频率范围的最大可测量宽度。
如果频谱分析仪为1.8 GHz,则无法测量。
如果频谱分析仪为26.5 GHz,则可以测量三次和四次谐波。
分辨率也是频谱分析仪中非常重要的参数设置。
分辨率表明,当测量两个频率的功率不同时,我们必须区分它们。
将IF带宽设置为三个不同的宽度对应于设置带宽时看到的曲线。
带宽越窄,分辨率越高。
中频带宽越宽,分辨率越低。
分辨率带宽直接影响小信号的识别能力和测量结果。
频谱分析仪的实用技巧1、频谱分析仪的校准:频谱分析仪通常具有固定幅度和频率的校准器。
当使用频谱分析仪测量信号特别是绝对信号电平时,有必要校准频谱分析仪以确保信号测量的准确性。
此外,可以通过测量校准信号的测试,从而检查频谱分析仪是否出现问题。
2、射频输入信号电平小鱼频谱分析仪允许的安全电平:在频谱分析仪输入端接入射频信号之间,一定要对输入信号电平进行正确的估算,以此避免频谱分析仪射频输入大于射频分析仪允许的安全电平,否则将会烧坏频谱分析仪输入衰减器和混频器。
性能频谱分析仪的时域测量技术及其应用摘要:本文分析了高性能频谱分析仪的时域测量功能的原理,并给出其时域测量功能在调幅(AM)、调频(FM)、脉冲调制测试中的应用。
比起通用的示波器,这种测量有其独特之处,它更好的表征信号的部分调制域特性。
关键字:高性能频谱分析仪; E4440; 时域测量The Technology and Application of Time Domain Measurement of High PerformanceSpectrum AnalyzerAbstract: This paper analyzes the principle of time domain measurement function of high performance spectrum analyzer and its use in Amplitude modulation(AM), Frequency modulation(FM) and pulse modulation test. Compared with usual oscillograph, this measurement function has its own advantages. It expresses some character of signal well in modulation domain.Key Words: high performance spectrum analyzer; E4440; time domain measurement0 引言随着信号处理和DSP技术的不断发展,频谱分析仪的功能越来越强大。
不仅仅在显示的频率范围和可操作性上有了长足的发展,而且测试的精度进一步提高和测试的功能越来越多。
频谱分析仪发展到今天,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。
本文阐述了高性能频谱分析仪的时域测量功能的原理,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。
比起通用的使用示波器进行的时域测量,这种测量方式更好的表征了调制信号的某些调制特性。
1 高性能频谱分析仪时域测量原理中频滤波器图1扫频式频谱分析仪原理框图总的来说,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,它能显示在以中心频率为中心的带内频率的时域波形。
这个功能仅仅是使得频谱分析仪的SPAN(跨度)设置为0Hz,从原理上来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。
如图1所示,这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,而变成一条水平线。
我们知道,扫描控制器控制LCD显示轴的X轴,当它从水平线上扫的时候,x轴显示的就为时间了。
另一方面,扫描控制器变成一条水平线的时候,LO的输出稳定,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后,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。
这里有几点要说明的:第一,已调信号和LO信号进行谐波混频后,将有用信号频移到了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作为显示在相对频率(当SPAN为0Hz的时候,就是相对时间)的位置。
最终在LCD显示上显示的是已调信号的包络,它已经滤去已调信号的载波。
第二,中频滤波器在时域测量的时候,必须尽可能的加大它的分辨力带宽,这样能保证信号的完整性。
2 高性能频谱分析仪时域测量功能的应用高性能的频谱分析仪,如安捷伦公司的E444X系列,都具有时域测量功能。
这里,我们以安捷伦的高性能频谱分析仪E4440为例,说明它在AM、FM、脉冲调制信号的测试中应用。
当频谱分析仪在Zero Span(跨度为0Hz)状态的时候,这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。
下面的三种应用都是源于这种时域测量功能。
2.1 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、锯齿波等等。
这里使用Agilent的E4438分别发出三个载波频率为1GHz、幅度为-10dbm,调制波为10kHz的正弦波、三角波、方波,调制幅度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:使得它的SPAN(跨度)为0Hz,中心频率为1GHz,幅度参考为-10dbm,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。
图2 调制信号为正弦波的AM波的时域波形图图3 调制信号为方波的AM波图4 调制信号为锯齿波的AM波测试结果分析:图2、3、4分别为调制波为正弦波、方波和锯齿波时候的频谱分析仪的时域测量波形。
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,测试这三个波形的周期就可以获得调制频率,从图上来看,标记1和1R之间(△Mkr1)测得的数据就是频率。
由于我们获得的是包络,那根据调幅波的时域特征,测得2和2R之间(△Mkr2)的比值就可以计算调制指数。
计算公式如下:f mod =1/Tm =min max min max E E E E +-=maxmin/1max min/1E E E E +- 图2、3、4的测试数据如下表1 AM 波时域测量数据从表1来看,调制频率测量基本上非常准确。
在实际做实验的时域,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。
这里仅仅想描述一下测试功能,这一方面就不多描述了。
我们来看,调制指数的结果就不是很好了,方波和正弦波的调制指数结果还比较准确,只有锯齿波(Ramp )的测量误差比较大。
我们来分析一下原因, Ramp 是锯齿波,它在最大最小值之间突变的时候,由于仪器并未完全跟上它的突变,或者它的最小点没有被采样到,这样导致它的调制指数变小。
对于这种情况,进行下面的实验来说明调制指数测量误差存在的原因。
(2)对于Ramp 调幅信号进行调制指数测量误差分析从数据上我们可以看出,在调制频率低于5kHz 的时候,调制指数测量的值基本上是准确的。
而当频率越高的时候,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。
2.2 使用时域测量功能可以区分AM 、窄带FM 信号单从频谱上,我们无法区分AM 、窄带FM 信号的,但我们可以用时域测量功能来区分AM 、窄带FM 信号。
如应用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%,调制波速率为10kHz。
FM的频率偏移为5KHz,调制波速率为10KHz。
图5 AM波的频谱图图6 FM波的频谱图图7 FM波的时域测量波形测试结果分析:图7和图8分别为AM、FM信号的频谱图,它们在频域上基本相同,从频域上我们无法区分这两个信号。
而图2和图10是频谱分析仪时域测量时获得的波形,由于FM是恒包络信号,而AM信号的包络就是它的调制波形,这样我们就很容易的区分AM、FM波。
2.3使用时域测量功能测量脉冲调制信号调幅信号是单一信号,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:信号源设置为载波为1GHz、-10dBm;脉冲调制波参数为脉宽为20us,脉冲重复周期为80us。
测试结果:如图8所示,脉冲周期为80us,脉冲宽度τ=18.67us,脉冲宽度测试结果有一定误差。
我们可以根据测得的脉冲宽度值和载波信息,计算获得脉冲调制信号峰值功率。
计算公式是:脉冲调制信号峰值功率=脉冲频谱载波功率-20lg(τ/T)在这里,脉冲调制峰值功率=-10dbm-20lg(18.67/80)=-2.63dbm图8 时域测量下的脉冲调制波形3 在时域测量中需要注意的几点1)在中心频率测量频谱的条件下,调整SPAN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(Resolution Bandwidth),这样可以包含所有的频谱分量。
3)设置最宽的视频带宽(Visual Bandwidth),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的时候,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,调制速率较小的时候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,则应该使用DC耦合,如果使用AC耦合,低频端的数据幅度误差会很大,会导致错误的测试结果。
这个,可能不同的频谱分析仪会有不同的范围,可参考仪器手册。
4 结论本文通过对频谱分析仪测量原理阐述了时域测量的理论依据,然后分别给出了时域测量在调幅、调频、脉冲调制信号测量中的应用。
重点给出了时域测量AM信号的应用,后两者的应用与其有一定的相似性。
频谱分析仪的时域测量功能有一定的局限性,并不是所有调制信号可以用的。
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。