Agilent 频谱分析仪基本原理

Agilent——眼图、抖动、相噪随着数据速率超过Gb/s水平，工程师必须能够识别和解决抖动问题。

抖动是在高速数据传输线中导致误码的定时噪声。

如果系统的数据速率提高，在几秒内测得的抖动幅度会大体不变，但在位周期的几分之一时间内测量时，它会随着数据速率成比例提高，进而导致误码。

新兴技术要求误码率(BER)，亦即误码数量与传输的总码数之比，低于一万亿分之一(10-12)。

随着数据通信、总线和底板的数据速率提高，市场上已经出现许多不同的抖动检定技术，这些技术采用各种不同的实验室设备，包括实时数字示波器、取样时间间隔分析仪(TIA)、等时取样示波器、模拟相位检波器和误码率测试仪(BERT)。

为解决高数据速率上难以解决的抖动问题，工程师必需理解同步和异步网络中使用的各种抖动分析技术本文重点介绍3 Gb/s以上新兴技术的数据速率。

低于3 Gb/s的实时示波器可以捕获连续的数据流，可以同时在时域和频域中分析数据流；在更高的数据速率上，抖动分析要更具挑战性。

本文将从数字工程师的角度，介绍应对SONET/SDH挑战的各种经验。

抖动分析基本上包括比较抖动时钟信号和参考时钟信号。

参考时钟是一种单独的黄金标准时钟，或从数据中重建的时钟。

在高数据速率时，分析每个时钟的唯一技术是位检测和误码率测试；其它技术则采用某种取样技术。

如图1所示，眼图是逻辑脉冲的重叠。

它为测量信号质量提供了一种有用的工具，即使在极高的数据速率时，也可以在等时取样示波器上简便生成。

边沿由‘1’到‘0’转换和‘0’到‘1’转换组成，样点位于眼图的中心。

如果电压(或功率)高于样点，则码被标为逻辑‘1’；如果低于样点，则标为‘0’。

系统时钟决定着各个位的样点水平位置。

图1: 具有各项定义的眼图E1是逻辑‘1’的平均电压或功率电平，E0是逻辑‘0’的平均电压或功率电平。

参考点t = 0在左边的交点进行选择，右边的交点及其后是位周期TB。

Eye Crossing Point: 眼图交点Left Edge: 左沿Right Edge: 右沿Nominal Sampling Point: 标称样点幅度噪声可能会导致逻辑‘1’的电压或功率电平垂直波动，低于样点，导致逻辑‘1’码错误地标为逻辑‘0’码，即误码。

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。

频谱分析仪原理
频谱分析仪是一种用于分析信号频谱特性的测量仪器。

它可以将复杂的信号分解成不同频率的成分，并以图形的方式显示出来。

频谱分析仪的原理是基于信号的傅里叶变换。

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。

通过对信号进行傅里叶变换，可以将信号分解成各个不同频率的正弦波或余弦波成分。

频谱分析仪中最常用的测量方法是快速傅里叶变换（FFT）。

FFT是一种高效的算法，可以快速地计算出信号的频谱。

它将连续的信号按一定的时间窗口进行采样，并对采样数据进行离散傅里叶变换，得到信号的频谱图。

在频谱分析仪中，采集到的信号首先经过放大器进行增益放大，然后通过模数转换器（ADC）将连续的模拟信号转换为离散
的数字信号。

接着，数字信号经过FFT算法进行处理，得到
信号的频谱数据。

频谱分析仪通常使用显示器来显示信号的频谱图。

频谱图通常以频率为横轴，以信号的幅度或功率为纵轴。

通过观察频谱图，可以分析信号的频率分布情况，了解信号的频率成分和强度。

除了显示频谱图外，频谱分析仪还可以对信号进行其他的测量和分析。

例如，可以测量信号的谐波失真、信噪比、频率稳定性等指标，以评估信号的质量和稳定性。

总之，频谱分析仪通过对信号进行傅里叶变换，将信号分解成不同频率的成分，并以图形的方式显示出来。

它是一种重要的工具，用于分析和评估各种信号的频谱特性。

（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。

频谱分析仪的原理与应用1. 什么是频谱分析仪？频谱分析仪是一种用于测量和分析信号频谱的仪器。

它能够将一个复杂的信号分解成不同频率分量，并显示出这些频率分量的幅度和相位信息。

频谱分析仪被广泛应用于无线通信、音频处理、电力系统等领域，主要用于故障诊断、信号质量评估和频谱监测等方面。

2. 频谱分析仪的工作原理频谱分析仪的工作原理基于信号的傅立叶变换。

傅立叶变换是将一个时域信号转换为频域信号的数学技术。

频谱分析仪通过对输入信号进行采样，然后使用快速傅立叶变换（FFT）算法将时域信号转换为频域信号。

FFT算法能够高效地计算出信号的频谱信息。

3. 频谱分析仪的应用频谱分析仪在各种领域中都有重要的应用，下面列举了一些常见的应用场景：3.1 无线通信在无线通信中，频谱分析仪用于信号质量评估和频谱监测。

它能够帮助工程师检测和解决信号干扰问题，提高通信系统的性能和可靠性。

3.2 音频处理频谱分析仪在音频处理领域中也有广泛的应用。

它可以帮助音频工程师分析音频信号的频谱特性，对音频进行均衡处理、降噪处理等，提高音频的质量。

3.3 电力系统频谱分析仪在电力系统中用于故障诊断和监测电力质量。

它可以检测和分析电力系统中的谐波、干扰等问题，提供电力系统运行的安全保障。

3.4 振动分析在机械领域，频谱分析仪可用于振动分析。

通过监测和分析机械设备的振动信号，可以判断设备的工作状态、故障原因等，以便进行维护和修理。

3.5 科学研究频谱分析仪在科学研究中也扮演着重要的角色。

比如在天文学中，频谱分析仪用于研究星体的辐射能谱，从而推断星体的性质和演化过程。

4. 频谱分析的优势和局限性频谱分析仪具有以下优势：•可以将信号分解为不同频率分量，便于对信号进行深入分析。

•可以显示信号的频谱信息，对信号特性进行可视化。

•可以帮助工程师解决信号质量问题和干扰问题，提高系统性能。

然而，频谱分析仪也有一些局限性：•频谱分析仪需要对信号进行采样和数字化，可能会引入一定的误差。

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。

频谱分析仪的原理应用1. 简介频谱分析仪是一种用来测量信号的频率和幅度分布的设备。

它可以将复杂的信号分解成不同频率的成分，提供信号在频率域上的详细分析结果。

本文将介绍频谱分析仪的工作原理及其在各个领域的应用。

2. 工作原理频谱分析仪的工作原理基于快速傅里叶变换（FFT）算法。

简单来说，它将时域上的信号转换成频域上的频谱图。

具体的工作步骤如下：1.采样：频谱分析仪通过模数转换器将连续的模拟信号转换成离散的数字信号。

2.分段：采样得到的信号通常是连续的，为了进行分析，需要将信号分成多个小段。

3.加窗：由于分析的信号段有边界效应，在进行傅里叶变换前需对每个信号段加窗。

4.快速傅里叶变换（FFT）：对每个加窗后的信号段进行FFT变换，得到频谱图。

5.合并：将所有的信号段的频谱合并，得到最终的频谱图。

3. 应用领域频谱分析仪在以下领域有着广泛的应用：3.1 通信频谱分析仪在通信领域中扮演着重要的角色。

它可以用来分析无线电频谱，帮助调查和处理无线电干扰问题。

通过监测信号的频谱，可以确定干扰源，并采取相应的干扰消除措施。

此外，频谱分析仪还可以用于无线电频率规划和频谱管理。

3.2 音频在音频领域，频谱分析仪常用于音频信号的分析和处理。

它可以用来确定音频信号的频率分布，检测信号中的杂音和失真，并帮助进行音频信号的均衡和滤波处理。

频谱分析仪在音频设备的调试和优化中也发挥着重要作用。

3.3 电子设备测试频谱分析仪在电子设备测试中也扮演着重要角色。

它可以用来进行电磁兼容性测试，判断设备是否满足电磁兼容性标准。

频谱分析仪还可以用于测试射频（RF）信号，帮助定位和解决无线电频谱中的问题。

3.4 生物医学频谱分析仪广泛应用于生物医学领域。

它可以用来分析生物信号，例如心电图（ECG）、脑电图（EEG）和肌肉电图（EMG）。

通过对这些信号进行频谱分析，可以判断生物系统的功能状态、诊断疾病以及指导治疗。

4. 结论频谱分析仪是一种重要的测试设备，通过将信号从时域转换到频域，可以提供信号的频率和幅度分布的详细信息。

频谱分析仪原理
频谱分析仪是一种用来测量信号频谱分布的仪器。

它基于傅里叶变换的原理，将时域信号转换为频域上的能量分布。

其工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 采样：首先，频谱分析仪对待测信号进行采样，将连续的信号转换为离散的样本点。

2. 加窗：为了避免频谱泄露和干扰，对采样得到的样本数据进行窗函数处理。

窗函数可以减少信号末端样本的突变，提高频谱分辨率。

3. 傅里叶变换：采用傅里叶变换算法，将时域信号转换为频域上的能量分布。

这可以通过离散傅里叶变换（DFT）或快速傅里叶变换（FFT）实现。

4. 数据处理：对傅里叶变换的结果进行幅度和相位的计算，得到频谱图。

通常，频谱图以频率为横轴，能量或幅度为纵轴进行表示。

5. 显示和分析：最后，频谱分析仪将频谱图以图形的形式显示出来，便于用户对信号频谱进行直观的观察和分析。

用户可以根据频谱图上不同频率分量的能量分布，进行信号的频率测量、信号波形恢复、噪声干扰分析等应用。

总的来说，频谱分析仪的工作原理是通过采样、加窗和傅里叶变换等步骤，将时域信号转换为频域上的能量分布，从而实现
对信号频谱分布的测量与分析。

通过频谱分析，可以获取信号在不同频率上的能量分布情况，为用户提供有关信号特性和干扰情况的重要信息。