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  • 频谱分析仪

    一、频谱分析

    在通信射频等领域需要对信号进行频域分析,测量并获取信号中包含的信息。频域分析有两种实现方式:

    1.1 ADC采样时域信号后通过FFT运算获取频谱

    这种方式仪器架构通常是这样的,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ADC采样带宽之外的高频分量;接下来通过ADC对模拟信号进行量化,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,执行FFT运算得到频谱,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。这种方法特点是精度高,但其分析频率带宽受ADC采样速率和采样长度限制,适合分析窄带宽信号。

    从概念上讲,FFT方法是简单明确的:对信号进行数字化,再计算频谱。实际上,为了使测量具有意义,还需要考虑很多因素。

    FFT的实质是基带变换,换句话说,FFT的频率范围总是从0Hz开始并延伸到某个最高频率处。这对需要分析较窄频带(不是从直流开始)的测量情况可能是一个重大限制。例如,ADC采样率256kS/s,则FFT的频率范围是0Hz到128KHz。若采样点数N=1024,则频谱上谱线间隔是250Hz,故不能分辨间隔小于250Hz的谱线。

    提高频率分辨力的一种方法是增大时间记录中的取样点数N,这也增大频谱的谱线书。不过,问题在于,这会增加FFT所要处理的数组长度,从而增加计算时间。FFT算法的计算时间往往限制了仪器的性能(比如屏幕刷新速度),所以增加FFT的长度往往是不可取的。

    另一种方法是使用数字下变频器,对于带限信号,进行数字下变频,这样等效降低了采样速率,可以提高频率分辨力。ADC的输出与数字正弦波相乘,借助数字混频使数字正弦波的频率降低。再用数字滤波器进行滤波,数字滤波器通过利用适当的抽选因子来形成适当的频率间隔,这个带宽可以做得很窄,可以形成窄到1Hz的频率间隔和频率分辨力。

    1.2 扫频式频谱分析仪获取频谱

    要做宽带频谱分析肯定无法通过简单的ADC采样和FFT运算直接实现,必须通过扫频的方式来实现宽范围频谱分析。

    扫频式频谱分析仪通过对测量频率范围内连续的子频段按顺序分别进行扫描,依靠中频滤波器分辨各频率成份,检波器测量信号功率,得到每一个子频段内信号频谱,然后拼接起来得到整个频率测量范围的完整频谱,这就是现在频谱分析仪的主要实现方式。

    这种扫描- 调谐分析仪的工作原理正如老式调幅(AM)接收机,只是调幅接收机的本振不是扫描的,而是用刻度旋钮人工进行调谐;另外不是用显示器显示信息而是用扬声器。

    二、频谱分析仪基本结构

    频谱分析仪采用扫频式原理来完成信号的频域测试,其功能是要分辨输入信号中各个频率成份并测量各频率成份的功率,获得一帧宽带频谱。

    为完成该功能,在扫描-调谐频谱分析中采用超外差方式,提供宽的频率覆盖范围,同时允许在中频(IF)进行信号处理。

    如下图是超外差式扫频频谱分析仪的结构框图:

    image

    频谱分析仪测量出一个信号主要过程如下

    1. 信号通过衰减以控制电平到合适的范围内
    2. 通过混频器做变频处理
    3. 通过中频带通滤波处理(RBW在这里起作用)
    4. 通过对数放大器,将信号幅度转换为对数单位
    5. 通过检波处理,得到信号的包络信息,反映信号幅度的高低
    6. 视频滤波处理,对包括电压信号进行低通平滑处理,减小包络电压信号的噪声抖动范围(VBW在这里起作用)
    7. 检波处理,根据显示器的像素数目进行检波显示?????

    2.1 输入衰减器

    输入信号进入频谱仪后首先经过衰减器,将信号调理到一个合适的幅度范围。衰减的目的有两个:

    1.保护混频器。

    信号功率过大会导致混频器损坏,频器有一个最大可接受的输入电平,被称为最大安全输入电平,输入信号不能超过该安全电平。

    2.避免增益压缩和失真。

    混频器是非线性器件,当混频器输入信号电平较高时,输出会产生很多频率成份,而且电平太高会干扰测试结果,使无互调范围减小。当输入信号电平在混频器 1dB 压缩点以上时,测试结果会不准确。通过设置步进衰减器调节进入混频器的电平,可以得到较大的动态范围。

    当改变输入衰减器设置时,信号电平会受到影响。如衰减值由10dB变为20dB,信号幅度人为被减小10dB,相应检波输出也会降低。为补偿该变化,频谱仪内部会利用中频放大器补偿衰减影响。频谱仪工作时,其中频放大器增益和衰减器设值连动工作,所以当在改变衰减器设置时,输入信号在频谱仪上的显示并不发生变化。

    但是,衰减器设置过大,仪器的本底噪声被抬高。在衰减器后面和中频放大器前面这段链路中产生的噪声没有经过衰减但是却被执行了放大,衰减设置的越大,后面放大器上该噪声放大倍数越大,所以设置的衰减越大,噪声被抬高的越多

    一般频谱分析仪衰减器衰减范围为:0~65dB; 可按照5dB步进变化。仪表自动设置衰减器件的原则是保证:

                                                 输入信号电平-衰减器设置<=混频器工作电平

    实际使用过程中我们好像从来不去调衰减,根据信号功率大小选择合适的参考电平即可。其效果和设置衰减器是一样的。

    2.2 混频器

    信号从衰减器出来后会通过一个低通滤波器(或预选器),然后进入混频器。

    混频器的目的是要将输入信号在频谱上搬移到中频滤波器的通带范围内。
    信号进入混频器与本振(LO)混频,混频器输出信号如果落在中频滤波器通带(IF)内则可以通过中频滤波器到达检波器,被检波器转换为输出视频信号,然后通过放大、采样、数字化后决定CRT显示信号的垂直电平显示在屏幕上。

    首先频谱分析仪会选择一个合适的中频频率,比如一个可调谐值0~3.6GHz的分析仪,第一个本振频率范围是3.8~8.7GHz,选择的中频频率约为5.1GHz(选择的中频频率不能落在目标扫描频率范围内,这会有这会导致中频处一小段测量盲区)。我们想测量的信号fsig频谱范围为0~3.6GHz,因此需要调整本振频率fLO从5.1GHz扫描到5.7GHz,这样就可以让0~3.6GHz的信号以子频段的形式混频后先后落在5.1GHz中频滤波器通带内,到达输出显示端。

    image

    之所以要先通过一个低通滤波器(或预选器),是为了先滤除带外信号,避免混频器镜像干扰问题。
    比如当中频为5.1GHz,本振为6GHz的时候(中频是固定的,一般情况下本振高于中频),频谱分析仪是无法分辨900MHz和11.1GHz两个信号的,因为这两个信号通过混频器后都会落在5.1GHz中频上:
                                  6GHz-900MHz=5.1GHz
                                  11.1GHz-6GHz=5.1GHz
    这样带来的测量问题就是频谱仪的中频信号显示不能判断是900MHz信号还是11.1GHz信号的响应,所以需要在混频器前面加上一个过渡带在3.6GHz到5.1GHz之间的低通滤波器(在一个频谱分析仪文档上看到说测试频率比较低的时候通常采用低通滤波器,频率比较高的频段则可采用预选器,也就是传说中的跟踪滤波器)。

    本振馈通

    实际的混频器隔离度通常不能做到理想程度,因此混频器的输出不仅包括信号与本振的差频,同时也会包括输入信号和本振。

    所以我们可以知道中频频率处总是会有一个恒定的幅度响应并显示在屏幕上(LO等于中频的时候同时通过了混频器和中频滤波器,这种响应称为本振馈通) 这会有这会导致中频处一小段测量盲区,所以说中频一般都会选在比调谐频段更高的频率上。

    大多数射频频谱分析仪都允许本振频率和第一中频一样低,甚至更低。当本振频率等于中频时,本振信号通过混频器和中频滤波器在显示器上出现响应,就像输入了一个 0 Hz 的信号一样。它会掩盖低频信号,所以并不是所有的频谱仪的显示范围都能包含 0 Hz。这也为什么我们在频谱分析仪上看到无论怎样总是会有直流功率出现。

    2.3 扫描发生器

    频谱分析仪通过一个扫描发生器(扫描振荡器)控制本地振荡器产生不断改变的本振频率,和输入信号一起经过混频器混频,使得不同子频段信号依次落在中频滤波器通带内,完成一次完整的频谱扫描。由于控制本振频率的扫描发生器同时控制着CRT显示的水平频率轴,将扫描到的不同的子频段便被拼接起来了,依靠本振和显示横坐标的同步对应关系标定信号频率值,这样便得到了我们在仪器上看到的完整的频谱。

    扫描发生器是整个频谱分析仪中的关键部分之一,扫描发生器的稳定度和频谱纯度对许多性能指标都是一个限制因素。本振的稳定度影响最小分辨带宽,但是,即使利用频率很稳定的本振,仍然存在残余的不稳定度,这称之为相位噪声或相位噪声边带,它影响着对邻近弱信号的观察。现代频谱分析仪的应用之一是直接测量其他设备的相位噪声,这对本振的相位噪声要求是非常高的(既然要测人家的相位噪声,那你自己的相位噪声勘定要明显的优于人家呀)。

    2.4 中频滤波器

    中频滤波器是谱分析仪中关键部件,频谱分析仪主要依靠该滤波器来分辩不同频率信号,频谱仪许多关键指标(测量分辨率、测量灵敏度、测量速度、测量精度等)都和中频滤波器的带宽和形状有关。

    中频滤波器通常由LC滤波器,晶体滤波器或数字滤波器的组合实现,形状因素和滤波器类型是说明这些滤波器特性的重要因素。

    形状因素为滤波器是如何选择的一个测度,通常规定为3dB/60Dbk宽度之比,比值表示出如何在3dB带宽内的大信号附件分辨小1百万倍(-60dB)的信号。

    不同滤波器对频谱分析仪的性能有重大影响,某些滤波器类型如Butterworth巴特沃兹滤波器或Chebychev切比雪夫滤波器具有优良的选择性(信号分离的能力),以及高斯滤波器和同步调谐滤波器具有较好的时域性能(较好的扫描幅度精度)。优良的形状因素性能对紧靠在一起的信号提供较好的分辨率。较好的时域性能(无过冲)提供了更快的扫描速度和良好的幅度精度。

    2.5 对数放大器

    对数放大器以对数方式处理输入信号,允许有大的待测量和小的待测量同步易显示和分辨。实现这种压缩的一种方法是构建增益随信号幅度而变化的放大器。在低电平信号下,增益可能为10dB,而在较大的幅度下,增益下降到0。为了获得所需的对数范围,必须将若干这类放大器进行级联。对数放大器通常具有约70dB到超过100dB的范围。除对数范围外,逼真度(对数压缩与对数曲线相符的接近程度)是应考虑的重要因素,这个误差将直接反映测量的幅度误差。

    2.6 检波器

    最初的频谱分析仪通过频谱包络直接驱动阴极射线管(CRT)来显示频谱,显示的迹线呈现连续变化的信号包络,且没有信息丢失。

    现代频谱分析仪采用液晶显示器来代替阴极射线管来显示记录频谱,显示器的像素点有限,不能把频谱所有的数据点显示出来,因此在显示之前就需要想办法抽点,用抽点后的频谱代表原始频谱来进行显示,这个过程就叫做检波。这个过程中根据显示器像素多少将原始频谱切分为多个片段(每个片段叫做一个信号收集单元,bucket),然后采用某一种抽点算法从这个信号收集单元中获得一个具有代表性的数据点。随后这些数据被放入存储器再被写到显示器上。

    经过抽点的频谱肯定是会丢失信息,那采用什么算法抽点能让抽点后频谱更好的反映真实的频谱呢?这没有一个固定的答案,根据频谱分析仪测量的信号特点和你测量目的不同,相应采用不同的抽点算法才会更好反映(显示)出关心的信息。常见的抽点算法(检波算法)有这么几种:

    image

    峰值检波最适用于从噪声中定位 CW 信号, 取样检波最适用于测量噪声,而既 要观察信号又要观察噪声时采用正态检 波最为合适。

    检波器将输入信号功率转换为输出视频电压,该电压值对应输入信号功率。所以说在频谱分析仪中主要通过中频滤波器来分辨信号频率,而信号功率则主要靠检波器来测量。

    2.7 视频滤波器

    通过中频滤波器,信号频率便可以确定下来了,但是这时候信号的功率还不知道。所以通过一个检波器检测出信号的幅度,用来表示信号的功率。检波器后面会有一个低通滤波器,叫视频滤波器,用于减少检波器输出的噪声变化,暴露一些接近噪声电平的弱信号(比如一个小功率CW信号等),提高小信号的测量精度和测量的可重复性。

    视频滤波器的带宽在频谱仪中标识为 VBW(Video BandWidth)若一个信号电平等于显示的平均噪声电平,它将以近3dB凸起显示在平均噪声电平之上,这一信号电平被认为是最小可测信号电平,但是如果不用视频滤波器平均噪声,则并不能看到这一现象。

    有些示波器在带宽一栏中会有RBW/VBW参数,默认的自动模式为1:1,也就是说你调整了RBW或VBW中的一个,另外一个会跟着改变以保持这个比例值。

    三、频谱分辨率

    输入一个单音正弦信号,在频谱分析仪上看到的不是一根谱线,而是有一定宽度的,由于输入信号是固定的,本振是扫频的,若某个混频分量恰好扫过中频,就会在显示器上将带通滤波器的特性曲线描绘出来,所以输入单音信号看到的实际上就是频谱分析仪中频滤波器的频响形状。

    频谱分析仪的中频滤波器会选出混频后落在中频滤波器范围内的信号,频谱分析仪主要依靠该滤波器来分辨不同频率信号。

    通过调节RBW参数来设置中频滤波器。RBW默认为自动模式,即由扫频宽度(Span)决定,当需更高分辨率的时候可进入手动模式调节。RBW影响频谱分析仪的显示噪声电平,频率分辨率和测试速度。很多测试标准和规范中都有对RBW设置的规定,因为该指标直接影响我们的测试结果。

    中频滤波器有两个重要参数,带宽和矩形系数(也叫选择性或形状因子)……

    3.1 RBW对邻近等幅信号分辨的影响

    频谱仪上理想CW信号不可能显示为无限细的线,它本身有一定的宽度。当调谐通过信号时,其形状是频谱分析仪自身分辨率带宽(IF滤波器)形状的显示。这样,如果改变滤波器的带宽,就改变了显示响应的宽度。

    通常会将中频滤波器的3dB带宽定义为RBW,RBW越小,频率分辨率越高,频谱分析仪的RBW即为其分辨等幅信号的能力。

    当两个等幅信号相邻很近时,频谱分析仪上看到两个信号之间有一个3dB的凹陷,这时两个信号被认为是可以分辨开的,即两个信号间隔大于所选分辨率带宽的3dB带宽,就可以将它们分辨出来。

    imageimage

    RBW越小频率分辨率越高,但是扫描一帧频率所需要的时间也越长,另外RBW每增加10倍,底噪功率增加10dB。

    我们设置不同的 RBW,可以测量出底噪的差别很明显。较低的 RBW 有助于不同频率信号的分辨,同时使底噪降低,可以测量更低功率的信号,观察到更小的杂散,但是扫描时间将显著延长。 较高的 RBW 有助于快速测量宽频带信号,但是将增加底噪, 降低量测灵敏度,因
    此设置“够用” 的 RBW 宽度是正确使用频谱分析仪重要的测试技巧。

     

    3.2 矩形系数对不等幅信号分辨的影响

    矩形系数被定义为(60dB BW)/(3dB BW)

    在测量不等幅信号的时候,小信号很可能被淹没在打信号的边带内,对于幅度相差60dB的两个信号,其间隔至少是60dB带宽的一半(用近似3dB下降作区分),滤波器的矩形系数是决定不等幅信号分辨率的关键。

    对于像个10kHz幅度下降50dB的失真产物的测试,如果RBW设为3kHz,滤波器矩形系数为15:1,则滤波器60dB的带宽为45kHz,失真产物便会被影藏在测试信号的响应边带下。如果采用1kHz的滤波器,60dB带宽为15kHz,失真产物便可以被观测到了。

    在一个网页文档上看到说,通常模拟中频滤波器矩形系数在15:1到11:1,而数字中频滤波器则可以做到5:1量级(数字技术果然牛逼)。

    image
    结论:频谱分析仪中频滤波器矩形系数越小,其对不等幅信号的分辨率越高。

    3.3 相位噪声对分辨率影响

    为何 RBW 滤波器的矩形系数定义会以 60dB 为界?如果矩形系数代表了频谱分析仪分辨不等幅正弦信号的能力,那如何约束高于底噪而低于 60dB 的不等幅信号的测量能力? 这就要涉及到频谱分析仪本地振荡器的稳定程度,因为本振本身的不稳定,其相位噪声可能将靠近载波频率附近 60dB 以下的信号全部淹没,这时矩形系数已经没有测量意义了。

    频谱分析仪的 LO 都是由参考源(通常是晶体振荡器, XO)倍频而来。没有哪种参考源是绝对稳定的,它们都在某种程度上受到随机噪声的频率或相位调制的影响,这个影响程度随时间在变化。时间的稳定度可以分为两类:长期稳定度和短期稳定度。长期稳定度是指时钟频率偏离绝对值的多少,一般用 ppm(百万分之一)来表示;短期稳定度是时钟相位瞬态的变化,在时域上称抖动(jitter),在频域上称相位噪声(Phase
    Niose),表示为指相对于载波一定频偏处的 1Hz 带宽内的能量与载波电平的比值,相应的单位为归一化的dBc/Hz。相位噪声主要影响频谱仪的分辨率和动态范围。

    需要说明,在将参考源倍频得到本振的过程中,稳定度也将按倍频比例恶化,其结果是相位噪声变差。因此相位噪声的标定通常要对应特定的测量频率,例如在 500 MHz, 1 GHz 等频率点测量;典型的相位噪声曲线经常要提供多个频率点的情况,例如偏离 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz 分别给出测量值,便于横向比较。

    混频器将输入的射频信号和本振信号相乘然后滤波,得到变频后的中频信号。即使输入的射频信号是一个很纯净的正弦波,混频器也会将本振的相位噪声忠实地带入混频结果,形成一个具有相同相位噪声的中频信号。

    因此,当我们对包含了本振相位噪声的中频进行“峰值检测”时,相位噪声就会体现在测量结果中。在某个 RBW 下,距离这个频率很近同时幅度又高于系统显示平均噪声电平的另一个信号,虽然可被 RBW在频率轴分辨出来,但仍会隐藏在相位噪声之下。当然,相位噪声也是一种随机噪声,它和系统的显示平均噪声电平一样,随分辨率带宽的变化规律一致,若将分辨率带宽缩小 10 倍,显示相位噪声电平将减小 10 dB。这种情况下需要使用超过实际分辨率的 RBW 来测量,代价就是增加了系统的扫描时间。

    image

    四、灵敏度

    频谱分析仪的灵敏度定义为在一定的分辨率带宽下显示的平均噪声电平(DANL,Display Average Noise Level)。

    一个 50 欧姆的匹配负载连接在频谱分析仪的输入端(产生-174dBm噪声功率),在频谱分析仪的屏幕上将会看到横跨整个频段的噪声底,这就是 DANL。 DANL 并不能代表射频输入端实际输入的噪声电平,而是输入端的噪声穿越了仪器内部的层层噪声后,在一定的平均方式和分辨率带宽下显示出来的电平。其实频谱分析仪的所有测量显示都是输入端的真实信号叠加内部噪声后的结果。

    如果输入端的电平没有仪器内部的噪声高,那么它就显现不出来。所以 DANL 的水平反映了频谱仪能够测量到的最小电平,也反映了频谱分析仪内部噪声的高低。影响 DANL 的因素很多,DANL通常采用归一化功率密度来表示就是 dBm/Hz,也就是在RBW=1 Hz 时测量到的平均功率。

    4.1 输入衰减对灵敏度影响

    衰减器衰减量越大,噪声幅度越高。

    因此我们需要采用一个适当的参考电平,太高的衰减电平导致更大的衰减和更高的噪声水平。

    频谱分析仪中采用中放(IF)增益会抵消输入衰减,所以输入信号的电平不随衰减增加而下降,调整衰减量仪表显示的信号幅度保持不变。

    但是,噪声信号只会受到放大器的影响很大,其电平被放大。(可以理解为信号经过了衰减然后再经过放大而复原,但是衰减对噪声不生效,放大却对噪声生效,所以衰减越大噪声电平越高,之所以衰减对噪声不生效是因为衰减只能把输入信号中的噪声衰减,衰减器和放大器之间产生的噪声功率是没经过衰减的,但却被后面的放大器放大)。所以使用频谱分析仪的时候衰减设置的尽量小,降低噪声电平的值,使得弱信号不被噪声淹没。

    总之,可以总结如下:衰减器衰减量每增加10dB,频谱分析仪显示噪声电平提高10dB。最小的输入衰减将会获得最佳信噪比。

    显示的平均噪声电平主要受信号链路中第一增益级及其之前器件的影响

    频谱分析仪内部所有的器件中都产生热噪声,但是显示的平均噪声电平主要受信号链路中第一增益级及其之前器件的影响。因为频谱分析仪内部的第一个增益级(一般是混频后的第一级放大器,或前置放大器)将仪器输入口的热噪声连同此增益级内部的一部分热噪声加在一起进行了放大,放大后的这两部分噪声信号到达后级链路时,输入口的热噪声已经被放大了很多倍,相对于后级链路中的噪声此时的信噪比已经足够大,
    因此后级链路中的热噪声的影响会变小。

     

    4.2 RBW对灵敏度影响

    RBW越小噪声的电平越低。

    首先要提的是,频谱分析仪上任何一根谱线的功率都不是这根谱线所在频点的功率,而是该频点为中心左右一小段带宽范围内信号功率的积分,在一次调谐中, 信号从中频滤波器通过后被检波器检波转换成一个功率值,这个功率值就用来标志该次调谐频率点的这根谱线的功率。

    仪表内部产生的噪声是宽带白色噪声。它在整个频率范围内的电平是平坦的随机噪声,与分辨带宽滤波器相比它的频带是宽的。因此,分辨带宽滤波器只通过一小部分噪声能量到包络检波器。如果分辨带宽增加(或减少)10倍,则增加(或减少)10倍的噪声能量到达检波器,并且显示的平均噪声电平将增加(或减少)10dB。显示的噪声电平和分辨带宽RBW之间的关系如下:

    image

    频谱仪中频滤波器会对中放产生的宽带白噪声有频带抑制功能,所以RBW越小,通过中频滤波器的噪声能量越小,则通过检波后显示噪声的电平越低。但是RBW设置的更小又会使得扫描时间以平方倍率增加。

    4.3 VBW对灵敏度影响

    VBW越小噪声起伏抖动越小

    减小VBW可以对噪声信号进行平滑,视频滤波器带宽大时噪声的波动会较大,视频滤波器带宽小时波动显著减少。

    但两者的噪声平均值一样,也就是说滤波器不会降低平均噪声电平,但能减少噪声的峰值电平或者说噪声的抖动。因而能暴露出用较宽视频滤波器不能看到的低电平信号。

    所以设置更小的VBW不能改善灵敏度,但能改善鉴别力和在低信噪比情况下测量的可重复性。

    但在某些情况下,如分析一些特殊的噪声信号时,我们则需要较宽的视频滤波器带宽,以便观察和分析,所以我们可根据不同的情况来设置视频滤波器的带宽。

    视频滤波器的带宽和分辨带宽的关系是:检波前的噪声可以通过较窄的分辨带宽来降低,从而降低检波器的噪声输出电平;检波后的噪声则通过窄带视频滤波器来平滑减少噪声波动,但不能降低噪声的平均功率电平。

    4.4 检波方式对灵敏度影响

    看懂前面提到的不同检波算法的原理,很容易可以理解不同检波方式下看到的信号幅度是不一样的。

    峰值检波最适用于从噪声中定位 CW信号, 取样检波最适用于测量噪声,而既要观察信号又要观察噪声时采用正态检波最为合适…

    4.5 平均方式对灵敏度影响

    为减小测量过程中的噪声和类似噪声信号的显示方差,频谱分析仪要对测量的信号做平均处理。在频谱分析仪的平均处理过程中,有三种不同的平均处理方法:对数平均(Log),电压平均(Lin),功率平均(Pwr)

    对数平均又称视频平均,是对对数值的平均处理,适用于噪声环境下的弱CW信号的测试;

    电压平均适合于对猝发信号的上升/下降速度进行测量;

    功率平均是对信号功率做线性平均处理后再转换为对数,是对平均结果的对数处理,只有采用功率平均法才能得到被对策噪声你新号的平均功率值。

    采用不同平均方式会对测量结果产生直接影响

    待续…

    5 频谱分析仪动态范围

    当测试器件的失真参数时(关于失真参数请参考射频与微波测量之失真参数),我们需要同时观察大功率信号和微弱信号,频谱分析仪动态范围对我们来说非常重要了。

    测量道的谐波到底是来自我的器件还是频谱分析仪内部产生的?

    当用频谱分析仪观察器件的谐波时,在被测器件与频谱分析仪之间接入一个3dB衰减器,如果

    二次谐波减小3dB,三次谐波减小3dB

    可以判断看到的谐波主要是由被测器件产生的,此时频谱分析仪产生的谐波失真比器件本身的谐波失真小很多,测试结果无效。

    二次谐波减小6dB,三次谐波减小9dB

    可以判断看到的谐波主要是由频谱分析仪内部产生的,此时频谱分析仪产生的谐波失真比器件本身的谐波失真更大,测试结果其实是无效的。

    频谱分析仪可用动态范围

    频谱分析仪指标中一般会给出如下图的动态范围变化曲线。

    曲线中二次谐波和三次谐波动态范围与Y=0的直线交点的横坐标Wie频谱分析仪的二阶截距和三阶截距。表征了频谱分析仪的失真特性。

    图中所有曲线上面空白部分表示了频谱分析仪的可用动态范围。

    image

    这个图非常重要,因为如果测试某器件时需要的动态范围比频谱分析仪可用动态范围更大,将意味着测试结果无效。

    参考

    是德科技:频谱分析基础

    鼎阳科技:通用电子仪器基础知识之频谱分析仪

    实用射频测试和测量

    百度文库:史上最好的频谱分析仪基础知识

    频谱分析仪的那些事---之分辨率带宽

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