频谱仪及其在高频实验中的的应用.ppt

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1、Spectrum Analyzer频谱仪,频谱仪基本原理和指标频谱仪功能介绍频谱仪应用介绍About DSA815扫频式频谱仪,About Fourier,Fourier theory tells us any time-domain electrical phenomenon is made up of one or more sine waves of appropriate frequency,amplitude,and phase.傅立叶理论告诉我们，时域中的任何电信号都可以由一个或多个具有适当频率、幅度和相位的正弦波叠加而成。If the signal that we wish to

2、 analyze is periodic,as in our case here,Fourier says that the constituent sine waves are separated in the frequency domain by 1/T,where T is the period of the signal.如果我们要分析的信号是周期信号，傅立叶理论指出，所包含的正弦波的频域间隔是1/T，其中T是信号的周期。,信号分析的两种手段,示波器,频谱仪,时域分析：信号周期相位分析边沿测试峰值电压多信号比对,频域分析：信号频率谐波分量信号功率寄生、交调信号边带,信号分析的两种手段

3、,示波器,频谱仪,频谱分析仪VS示波器 更高的灵敏度：1mV VS 0.01uV 对于信号失真更容易测试 更高的动态范围（同时能测的最大、最小信号）更宽的测量频率范围,频谱仪基本原理和指标,目录,目录,内容,频谱仪基础知识,内容,频谱仪基础知识,频谱的基本概念,频域 描述信号在频率方面特性时用到的一种坐标系,频谱的基本概念,频谱 频率的分布曲线，复杂振荡分解为振幅不同和频率不同的谐振荡，这些谐振荡的幅值按频率排列的图形叫做频谱。,Tips：从频谱上可以直接获取的信息：1.信号包含的频率成份；2.信号各频率成份的幅度；,通过观察信号的频谱，可以帮我们找出产生该信号的设备的问题或者特性。,发射机,

4、DUT,SpectrumAnalyzer,SpectrumAnalyzer,SpectrumAnalyzer,频谱的用途,频谱的基本概,频谱的基本概念,内容,频谱仪基础知识,频谱仪概论按应用领域分类,航空,国防,频谱仪概论按工作原理分类,扫频式频谱分析仪,傅立叶式频谱分析仪,为什么要调制？调制的目的有以下三个:1.将基带信号变换成适合在信道中传输的已调信号2.改善系统的抗噪声性能3.实现信道的多路复用,频谱仪概论用途,什么是调制？调制与解调：调制：将各种基带信号转换成适于信道传输的调制信号(已调信号或频带信号)；解调：在接收端将收到的频带信号还原成基带信号。,调制测量有哪些项目？模拟调制：调制

5、深度,边带功率,载波功率，调制效率,占用带宽数字调制：误差矢量幅度(EVM)，IQ不平衡(IQ imbalance)，相位误差(phase error versus time),频谱仪概论用途,为什么要测量调制？在调制系统中，为了保证系统工作正常，信号被正确的发送(有效性)，需要对调制质量(可靠性)进行测量。,什么是失真？电子系统中所使用的许多电路都认为是线形电路。这意味着，对于正弦波输入，输出也是或许有不同幅度和相位的正弦波。在时域中，用户指望看到与输入波形形状精确相同的输出波形。在频率中，我们指望看到输出应具有与输入相同的频率（且只有该频率）。由输入信号产生的任何其他频率都视为失真。,频谱

6、仪概论用途,内容,频谱仪基础知识,频谱仪基本使用,频谱仪基本使用,频谱仪基本使用显示界面,频谱仪基本使用显示界面,dB分贝（dB)是借助于功率比来定义的：A(dB)=10log(P1/P2)=20log(V2/V1)dBmP=10log（P/PREF)V=20log（V/VREF)频谱和网络测量最常用的功率参考值是1mW，结果用dBm表示。P（dBm）=10log（P/0.001）,频谱仪基本使用dB和dBm,分贝的用途？分贝用来以对数方式确定功率的比值和电压的比值。也可以通过适当的参考值来确定绝对值。分贝常用于电子系统中增益和损耗的计算。为什么要用dB？1.对数方式压缩大范围变化的信号电平。

7、2.在增益和损耗的计算时，乘法运算变成较方便的加法运算。,频谱仪基本使用dB和dBm,使用对数幅度坐标的好处？在同样屏幕分辨率下，可以同时观察很大和很小的值。例如：1V信号和10uV信号都能出现在动态范围为100dB的显示器上，而用线性刻度则不可能以清晰的图形同时显示这两个信号。,频谱仪基本使用对数幅度坐标,目录,扫频式频谱仪基本原理,DSA频谱仪基本原理,DSA频谱仪基本原理,EnvelopeDetector,ADC,VBW,VideoDetector,衰减器,PreAmp,低通滤波器,Mixer,滤波器,RBW,信号时域图,信号频域图,1GHz,100kHz,载波为1GHz,DSA频谱仪基

8、本原理,参数设置在前面板AMPT功能键中：,DSA频谱仪基本原理,EnvelopeDetector,ADC,VBW,VideoDetector,衰减器,PreAmp,低通滤波器,Mixer,滤波器,RBW,经混频和滤波后，仍为调幅信号，但频率已改变。,25MHz,100kHz,载波变为25MHz,EnvelopeDetector,ADC,VBW,VideoDetector,衰减器,PreAmp,低通滤波器,Mixer,滤波器,RBW,经ADC采样变为数字信号,DSA频谱仪基本原理,EnvelopeDetector,ADC,VBW,VideoDetector,衰减器,PreAmp,低通滤波器,M

9、ixer,滤波器,RBW,RBW将带外的频率成分滤除。,RBW带宽设置为10K,25MHz,100kHz,DSA频谱仪基本原理,DSA频谱仪基本原理,解析带宽(RBW，Resolution BandWidth)。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。,选择不同RBW的测试结果,RBW,DSA频谱仪基本原理,RBW,当RBW滤波器“扫过”感兴趣的频率范围后，就得到该段频率范围的频谱。,RBW：Resolution BandWidth分辨率带宽,EnvelopeDetector,ADC,VBW,VideoDetector,衰减器,PreAmp,低通滤波器,Mixer,滤

10、波器,RBW,经过包络检波之后，时域上得到正弦信号包络。,DSA频谱仪基本原理,DSA频谱仪基本原理,EnvelopeDetector,包络检波,EnvelopeDetector,ADC,VBW,VideoDetector,衰减器,PreAmp,低通滤波器,Mixer,滤波器,RBW,VBW的滤波作用,DSA频谱仪基本原理,为了使噪声曲线平滑，在检波之后，放置了一个低通滤波器，即视频滤波器。,DSA频谱仪基本原理,视频滤波器这就是BW键中VBW软键的设置。它的作用是将检测信号中的高频部分滤掉，使我们从显示屏上看到一个光滑的曲线。这对小信号的测量是非常有效的，它可使读数更为稳定。,VBW,视频滤

11、波器,VBW设置为3MHz和300Hz的测试差别,EnvelopeDetector,ADC,VBW,VideoDetector,衰减器,PreAmp,低通滤波器,Mixer,滤波器,RBW,视频检波器作用：得到当前扫频点频率处的幅度值。,DSA频谱仪基本原理,DSA频谱仪基本原理,VideoDetector,视频检波器,用什么样的值来代表每个频宽中的信息？,EnvelopeDetector,ADC,VBW,VideoDetector,衰减器,PreAmp,低通滤波器,Mixer,滤波器,RBW,本振的作用：以一定的步进完成当前设置的扫宽内频率点的扫描，从而得到当前频段的谱图。,DSA频谱仪基本

12、原理,DSA频谱仪基本原理,扫描参数,扫描参数设置在前面板如下功能键中，包括扫描频率范围，扫描时间，扫描次数等参数设置。,DSA频谱仪基本原理,频谱仪中，扫描信号在屏幕上用迹线表示。根据实际测试和观测需要，应选择不同的迹线类型，或对扫描数据采取相应的计算方法后将其显示出来。,迹线显示类型,DSA频谱仪基本原理,目录,频谱仪主要性能指标,除了最重要的两个指标：频率范围，动态范围,频谱仪主要性能指标,RBW,Phase Noise,DANL,频谱仪功能介绍,目录,目录,频谱仪面板熟悉 前面板,频谱仪面板熟悉后面板,频谱仪面板熟悉功能键,频谱仪面板熟悉功能键,频谱仪面板熟悉功能键,频谱仪面板熟悉常用

13、快捷键,将系统恢复到出厂默认状态或用户自定义状态。执行打印或界面存储功能。开启内置帮助，获取前面板上各功能按键及菜单软键的帮助信息。,频谱仪面板熟悉常用快捷键,按下Auto，频谱仪会在全频段内自动搜索信号。按下UserKey，立即调出该键代表的菜单，该键可定义为前面板所有功能键以及除 Storage之外所有功能键的子菜单。,频谱仪面板熟悉功能键,频谱仪面板熟悉基本参数设置区,设置中心频率、起始频率和终止频率，也用于开启信号追踪功能。设置扫描的频率范围。设置参考电平、射频衰减器、刻度、Y轴单位等参数。设置电平偏移、最大混频和输入阻抗。也用于执行自动定标、自动量程和开启前置放大器。,频谱仪面板熟悉

14、基本参数设置区,改变基本参数后屏幕状态发生了哪些变化,频谱仪面板熟悉功能键,频谱仪面板熟悉扫描控制区,设置分辨率带宽RBW和视频带宽VBW，选择检波类型及滤波器类型。,设置扫描和触发相关的参数。,设置迹线相关参数。配置通过/失败测试，测试输入迹线和用户定义的规则是否相符,设置从跟踪源接口输出的信号参数,频谱仪面板熟悉扫描控制区,改变扫频等参数设置后屏幕状态发生了哪些变化,频谱仪面板熟悉功能键,频谱仪面板熟悉光标测量功能区,通过光标读取迹线上各点的幅度、频率或扫描时间等。将当前光标的值设置为频谱仪的其它系统参数（如中心频率、参考电平等）。设置光标的特殊功能，如噪声光标、N dB带宽的测量、频率计

15、数器。按下Peak按键会立即执行一次峰值搜索。,通常，光标测量可以满足大多数的测量场合，但在某些应用场合中，还会用到更复杂的测量。高级测量功能区提供了丰富的测量功能。,频谱仪面板熟悉光标测量功能区,光标功能,光标（Marker）是一个菱形的标记（如图所示），用于标记迹线上的点。通过光标可以读出迹线上各点的幅度、频率或扫描的时间点。最多支持4组光标。,频谱仪面板熟悉光标测量功能区,光标类型,频谱仪面板熟悉功能键,频谱仪面板熟悉辅助功能设置区,设置系统参数、设置打印机以及进行文件存储,频谱仪应用介绍,频谱仪常见客户及领域,典型应用频谱仪在高频实验室中的应用,频谱仪在高频实验中的使用,对于频域信号有

16、直观的认识 理解非线性器件对于信号所造成的失真和干扰 减小实验复杂度和实验误差。,放大器通频带、矩形系数方法一：扫频法步骤：1.信号源调出 从10MHZ-12MHZ 正弦波 幅值400mv 扫描时间 1s 按sine幅值 400mvpp 按sweep起始频率 10MHZ 终止频率 12MHZ 扫频时间 1s 按output 输出电缆连结到 小信号放大器模块 的TP5上,单调谐回路谐振放大器频谱图,频谱仪在高频实验中的使用,2.频谱仪的输出电缆连小信号放大器模块的TT2上频谱仪的初始设置 FreQ-中心频率调到11MHZ SPAN扫宽调到 10MHZ AMPT参考电平调到 20dB BWDetR

17、BW（分辨率带宽）100KHz VBW 10KHzTrace/PF迹线选择1迹线类型查看Trace/PF迹线选择2迹线类型最大保持,LC、晶体正弦波振荡电路频谱图,频谱仪在高频实验中的使用,LC.晶体 正弦波振荡电路频谱仪：先找基频，再拓展扫宽步骤 FreQ=10.7MHZ SPAN=1MHZ RBW=30KHZ VBW=300HZ调终止频率40MHZ看10.7MHZ信号的谐波；看峰值点peak峰值表，选择幅度排序,频谱仪在高频实验中的使用,AM调幅波的频谱图,幅度调制电路（幅度调制与解调模块）实验步骤：1、信号源 CH1 输出1KHz 700mVpp 正弦波；CH2 输出 10.7MHz 5

18、00mvpp2、示波器 CH1 接 调幅波；CH2 接 调制波 1KHz 正弦波 时基 200usdiv；CH1 垂直 50mv div；CH2 垂直 1vdiv 触发源：CH2 触发类型：上升沿3、频谱仪：FreQ 中心频率 10.7MHz；SPAN 扫宽 10KHz 110 AMPT 参考电平-10dbm；Peak 打开峰值表，按幅度排序 BWDetRBW 分辨带宽 100Hz 15110 VBW 视频带宽 30Hz（抑制毛刺、底噪）,频谱分析仪的图片存储,频谱分析仪的图片存储步骤：1、插上U盘；2、按“Storage”键,在“浏览器”的“目录”里选择Folder为“E”盘（U盘）；3、按“FREQ”键，屏幕显示存储与调用界面；4、按左边“打印机”键（左边3个键的中间那个），弹出输入存储文件名（按数字键盘选择字母，按ENTER键确定）；5、按右边屏幕上Save下的存储即可，这时存储的格式为BMP格式。,Thank You!,