《电子测量》第11章 频谱分析仪.pptVIP

第11章 频谱分析仪 目录 11.1概述 11.1.1 频域和时域 11.1.2 什么是频谱 11.1.3 为什么要测量频谱 11.1.4 频谱测量类型 11.1.5 频谱分析仪的种类 11.2频谱分析仪原理 11.2.1频谱分析仪的组成 11.2.2频谱分析仪的工作原理 11.2.3 频谱分析仪主要性能指标 11.2.4频谱分析仪测量案例 目录 11.3频谱分析仪的使用（以EE4052频谱分析仪为例） 11.3.1 主要工作特性 11.3.2 扫频宽度的选择 11.3.3 带宽Bq的选择 11.3.4 扫频速度的选择 11.1概述 图11.1 复合时域信号 为了正确地从时域变换到频域，理论上必须涉及信号在整个时间范围、即在正负无穷大的范围内的各时刻的值，不过在实际测量时我们通常只取一段有限的时间长度。按照傅立叶变换理论，信号同样也可以从频域变换到时域，当然，这涉及理论上在正负无穷大的频率范围内对信号的所有频谱分量值作出估计。实际上，在有限带宽内进行的测量获取了信号的大部分能量，其结果是令人满意的。在对频域数据进行傅立叶变换时，各个频谱分量的相位也成为至关重要的参数。例如，在把方波变换到频域时如果不保存相位信息，再变换回来的波形可能就是锯齿波了。 11.1.2 什么是频谱 频谱是一组正弦波，经适当组合后形成被观察的时域信号。图11.1显示了一个复合信号的波形。假定我们希望看到的是正弦波，但显然图示信号并不是纯粹的正弦形，而仅靠观察又很难确定其中的原因。图11.2同时在时域和频域显示了 这个复合信号。频域图形描绘了频谱中每个正弦波的幅度随频率的变化情况。在频域显示下，信号频谱正好由两个正弦波组成。现在我们便知道了为何原始信号不是纯正弦波，因为它还包含第二个正弦分量，即为我们常说的二次谐波。 频谱监测是频域测量的又一重要领域。政府管理机构对各种各样的无线业务分配不同的频段，例如广播电视、无线通信、移动通信、警务和应急通信等其它业务。保证不同业务工作在其被分配的信道带宽内是至关重要的，通常要求发射机和其它辐射设备应工作于紧邻的频段。在这些通信系统中，针对功率放大器和其它模块的一项重要测量是检测溢出到邻近信道的信号能量以及由此所引起的干扰。 电磁干扰 (EMI) 是用来研究来自不同发射设备的有意或无意的无用辐射。在此我们关心的问题是，无论是辐射还是传导（通过电力线或其它互导连线产生)，其引起的干扰都可能影响其它系统的正常运行。根据由政府机构或行业标准制定的有关条例，几乎任何从事电气或电子产品设计制造的人员都必须对辐射电平与频率的关系进行测试。下面我们列举了这类测量的几个例子，如图11.3、11.4、11.5所示。 图11.3 发射机的谐波失真测试 图11.4 GSM无线信号和显示出无用辐射的极限值的频谱辐射模板 图11.5射频功率放大器的双音测试 11.1.4 频谱测量类型 常见的频谱分析测量包括频率和功率、调制、失真和噪声测量。了解信号的频谱成分是非常重要的，对于有限带宽的系统更是如此。发射功率是另一项重要的测量内容。发射功率过低，信号就不能到达通信的另一端; 发射功率过高，会使电池消耗过快、容易产生失真、引起过高的工作温度。 调制质量的测量对于确保系统的正常工作和信息的正确传送也非常重要。通用的模拟调制测量包括调制深度、边带幅度、调制质量和占用带宽等。数字调制测量包括误差矢量幅度（EVM）、IQ 不平衡、相位误差随时间的变化等许多测量内容。 通信系统中发射机和接收机的失真测量同样很重要。发射机输出端过多的谐波失真会对其它频带的系统产生干扰。接收机的前置放大器必须消除互调干扰以避免信号串扰。例如有线电视载波信号的互调干扰会影响同一电缆中的其它频道。常见的失真测量包括互调失真、谐波失真和杂散辐射。 另外，我们经常需要对噪声进行测量。任何有源电路或器件都会产生额外噪声。通过测量噪声系数和信噪比 (SNR) 能够描述设备的性能及其对整个系统性能的影响。 11.1.5 频谱分析仪的种类 频谱分析仪的种类繁多，除了本章要重点讨论的扫描调谐超外差式频谱分析仪外，还有非超外差式频谱分析仪、矢量信号分析仪 (VSA) 以及现代信号分析仪等。 非超外差式频谱分析仪就是傅立叶频谱分析仪: 它将时域信号数字化以后用数字信号处理技术对其做快速傅立叶变换 (FFT)，最后在频域中显示信号。FFT 方法的一个优点是能够捕获单脉冲信号，另一个优点是还能测量信号的相位和幅度。然而，傅