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1、项目项目12频谱分析仪频谱分析仪和扫频仪扫频仪的使用 n n设计制造工程师，还是一个电子器件或系统的现场维护修设计制造工程师，还是一个电子器件或系统的现场维护修理人员，都需要一台能观察并帮助你分析设备或系统产生理人员，都需要一台能观察并帮助你分析设备或系统产生电信号的仪器，以及能反应电信号通过你的器件或系统后电信号的仪器，以及能反应电信号通过你的器件或系统后质量发生变化的仪表，比如：信号的功率和幅度、调制或质量发生变化的仪表，比如：信号的功率和幅度、调制或边带等，通过分析来验证你的设计，确定器件或系统的性边带等，通过分析来验证你的设计，确定器件或系统的性能，判别故障点，找出问题的所在，这就是信
2、号特性分析。能，判别故障点，找出问题的所在，这就是信号特性分析。扫频仪和频谱分析仪就是做信号特性分析的仪器，利用它扫频仪和频谱分析仪就是做信号特性分析的仪器，利用它我们可以了解电视机、手机等设备中电信号的幅频特性和我们可以了解电视机、手机等设备中电信号的幅频特性和相频特性。相频特性。n n技能知识技能知识n n一一、认识、认识AT5010B前面板前面板n n二二、频谱仪的用途、频谱仪的用途任务一 频谱分析仪的认识一、认识AT5010B前面板n nAT5010B AT5010B 前面板的示意图，如图前面板的示意图，如图 12-2 12-2 所示。所示。一、认识AT5010B前面板n nA A 聚
3、焦：调节光点锐度。聚焦：调节光点锐度。n nB B 亮度：调节光点亮暗。亮度：调节光点亮暗。n nC C 电源：待电源打到通处，约电源：待电源打到通处，约 10 s 10 s 后有光束出现。后有光束出现。n nD D 轨迹旋转：即使有磁性（铍镆合金）屏蔽，地球磁场对水平扫轨迹旋转：即使有磁性（铍镆合金）屏蔽，地球磁场对水平扫描线的影响也不可能避免，可以通过一个内装的电位器调整水平描线的影响也不可能避免，可以通过一个内装的电位器调整水平扫描线与水平刻度线基本对齐。扫描线与水平刻度线基本对齐。n nE E 中心频率中心频率 /标记（标记（CF/MKCF/MK）（仅对）（仅对 AT5010/11AT
4、5010/11）：当数字显示）：当数字显示读取中心频率数据时，（读取中心频率数据时，（ONON）,标记指示器亮。此时显示器读出标记指示器亮。此时显示器读出标记处的频率。标记处的频率。n nF F 数字显示器：中心频率标记频率之一。数字显示器：中心频率标记频率之一。n nG G 校准失效：校准失效：LED LED 闪亮时，表示幅度值不正确。闪亮时，表示幅度值不正确。n nH H 中心频率粗中心频率粗 /细调：两个旋钮都用于调节中心频率。细调：两个旋钮都用于调节中心频率。一、认识AT5010B前面板n nI I 视频滤波器：视频滤波器可用来降低屏幕上的噪声。正常情况下，在平视频滤波器：视频滤波器可
5、用来降低屏幕上的噪声。正常情况下，在平均噪声电平上或刚好高出它的信号（小信号）的频谱可以观察。该滤波均噪声电平上或刚好高出它的信号（小信号）的频谱可以观察。该滤波器带宽是器带宽是 4 kHz4 kHz。n nJ Y J Y 位移：调节射速垂直方向移动。位移：调节射速垂直方向移动。n nK K 输入频谱仪的输入频谱仪的 BNC 50 BNC 50 输入：不输入衰减时，不允许超出的最大允输入：不输入衰减时，不允许超出的最大允许输入电压为许输入电压为 25 VDC 25 VDC 和和 +10+10 dBmACdBmAC。加上。加上 40 dB 40 dB 最大输入衰减时，最最大输入衰减时，最大输入电
6、压为大输入电压为 +20+20 dBmdBm。n nL L 衰减器：输入衰减器包含有衰减器：输入衰减器包含有 4 4 个个 10 dB 10 dB 衰减器，在进入第衰减器，在进入第 1 1 混频器之前混频器之前降低信号幅度，按键压下时每个衰减器接入。降低信号幅度，按键压下时每个衰减器接入。n nM M 扫频宽度扫频宽度“”“”“”按键：调节水平轴的每格扫频宽度。按键：调节水平轴的每格扫频宽度。“”按按键增加每格频宽，键增加每格频宽，“”按键减少每格频宽。按键减少每格频宽。n nN N（频率）：位置校零。（频率）：位置校零。n nO O 耳机（耳机（3.5 mm 3.5 mm 耳机插孔）：阻抗大
7、于耳机插孔）：阻抗大于 16 16 的耳机或扬声器可以连到这的耳机或扬声器可以连到这个输出插座。个输出插座。n nP P 音量：调节耳机输出的音量。音量：调节耳机输出的音量。n nQ Q 探头供电：输出探头供电：输出 6 6 DC DC 电压，使得电压，使得 AZ530 AZ530 近场嗅觉探头工作，其近场嗅觉探头工作，其专用线随专用线随n nAZ530 AZ530 提供。提供。二、频谱仪的用途二、频谱仪的用途n n频谱仪主要可以做如下测试：相位噪声、脉冲信号、信道频谱仪主要可以做如下测试：相位噪声、脉冲信号、信道和邻道功率、正弦信号的绝对幅值和相对幅值、脉冲噪声、和邻道功率、正弦信号的绝对幅
8、值和相对幅值、脉冲噪声、噪声和频率稳定度等参数的测试；调幅、调频、脉冲调幅噪声和频率稳定度等参数的测试；调幅、调频、脉冲调幅等调制信号的特性、电磁兼容性（等调制信号的特性、电磁兼容性（EMCEMC）的测试等。）的测试等。n n理论知识理论知识n n一、频谱分析仪的概述一、频谱分析仪的概述n n二、频谱分析仪的组成和原理二、频谱分析仪的组成和原理n n三、三、频谱分析仪的主要性能指标频谱分析仪的主要性能指标n n四、频谱分析仪的发展现状与发展趋势四、频谱分析仪的发展现状与发展趋势任务一 频谱分析仪的认识一、频谱分析仪的概述一、频谱分析仪的概述n n一般地，频谱分析仪有如下三种定义：一般地，频谱分
9、析仪有如下三种定义：n n定义定义 1 1：以频率的函数形式给出信号的振幅或功率分布的：以频率的函数形式给出信号的振幅或功率分布的仪器。仪器。n n定义定义 2 2：能以模拟或数字方式显示信号频谱的仪器。：能以模拟或数字方式显示信号频谱的仪器。n n定义定义 3 3：以模拟或数字方式显示信号频谱的仪器，它能够：以模拟或数字方式显示信号频谱的仪器，它能够从频域来观察电信号的特性，分析的频率范围最低可到从频域来观察电信号的特性，分析的频率范围最低可到 1 1 Hz Hz 以下，最高可达以下，最高可达 30300 GHz30300 GHz。n n1.1.频谱分析的基本概念频谱分析的基本概念n n按照
10、信号随时间变化的特点可将信号分为：按照信号随时间变化的特点可将信号分为：n n 确定信号与随机信号。确定信号与随机信号。n n 连续时间信号与离散时间信号。连续时间信号与离散时间信号。n n 周期信号与非周期信号。周期信号与非周期信号。n n2.2.信号的分析信号的分析n n利用示波器观察某种信号的幅度随时间而变化的关系称为时域测量；研利用示波器观察某种信号的幅度随时间而变化的关系称为时域测量；研究信号的瞬时值（幅度究信号的瞬时值（幅度 UmUm）与时间（）与时间（t t）之间的关系称为时域分析，使）之间的关系称为时域分析，使用的仪器为示波器。信号的时域分析通常用示波器来显示信号波形，以用的仪
11、器为示波器。信号的时域分析通常用示波器来显示信号波形，以时间时间 t t 作为水平轴，在时间域内观察信号，如图作为水平轴，在时间域内观察信号，如图 12-312-3（a a）所示为周期）所示为周期信号的时域分析。信号的时域分析。n n利用频谱分析仪研究某一个复杂信号中各个信号成分与频率变化的关系利用频谱分析仪研究某一个复杂信号中各个信号成分与频率变化的关系称为频谱测量；研究信号中各频率分量的幅度称为频谱测量；研究信号中各频率分量的幅度 Um Um 与频率与频率 f f 之间的关系之间的关系称为频域分析，如图称为频域分析，如图12-312-3（b b）、）、12-3 12-3（c c）所示。）所
12、示。n n信号的分析可以分为时域分析和频域分析，如图信号的分析可以分为时域分析和频域分析，如图 12-4 12-4 所示给出了时域所示给出了时域分析和频域分析的关系。分析和频域分析的关系。图12-3信号的时域分析与频域分析n n 3.3.信号频谱分析的内容信号频谱分析的内容n n信号的频谱分析包括对信号本身频率特性的分析，如对幅度信号的频谱分析包括对信号本身频率特性的分析，如对幅度谱、相位谱、能量谱、功率谱等进行测量，从而获得信号在谱、相位谱、能量谱、功率谱等进行测量，从而获得信号在不同频率上的幅度、相位、功率等信息；还包括对线性系统不同频率上的幅度、相位、功率等信息；还包括对线性系统非线性失
13、真的测量，如噪声、失真度、调制度等测量。非线性失真的测量，如噪声、失真度、调制度等测量。n n4.4.频谱分析仪的分类频谱分析仪的分类n n按照分析处理方法的不同，频谱分析仪可分为模拟式频谱按照分析处理方法的不同，频谱分析仪可分为模拟式频谱仪、数字式频谱仪和模拟仪、数字式频谱仪和模拟 /数字混合式频谱仪。数字混合式频谱仪。n n按照基本工作原理的不同，可分为扫描式频谱仪、非扫描按照基本工作原理的不同，可分为扫描式频谱仪、非扫描式频谱仪。式频谱仪。n n按照处理的实时性，可分为实时频谱仪、非实时频谱仪。按照处理的实时性，可分为实时频谱仪、非实时频谱仪。n n按照频率轴刻度的不同，可分为恒带宽分析
14、式频谱仪、恒按照频率轴刻度的不同，可分为恒带宽分析式频谱仪、恒百分比带宽分析式频谱仪。百分比带宽分析式频谱仪。n n按照输入通道的数目，可分为单通道频谱仪、多通道频谱按照输入通道的数目，可分为单通道频谱仪、多通道频谱仪。仪。n n按照工作频带的高低，可分为高频、射频、低频等频谱仪按照工作频带的高低，可分为高频、射频、低频等频谱仪等。等。二、频谱分析仪的组成和原理二、频谱分析仪的组成和原理n n超外差频谱分析仪内部结构如图 12-5 所示。二、频谱分析仪的组成和原理二、频谱分析仪的组成和原理n n其信号分析过程为：被测信号经过滤波衰减后，与本振信其信号分析过程为：被测信号经过滤波衰减后，与本振信
15、号进入混频器混频转换成中频信号，因为本振信号频率可号进入混频器混频转换成中频信号，因为本振信号频率可变，所以都可以被转换成固定中频，经放大后进入中频滤变，所以都可以被转换成固定中频，经放大后进入中频滤波器（中心频率固定），最后进入一个对数放大器，对中波器（中心频率固定），最后进入一个对数放大器，对中频信号进行压缩，然后进行包络检波，所得信号即视频信频信号进行压缩，然后进行包络检波，所得信号即视频信号。为了能平滑显示，中频信号在包络检波之前通过可调号。为了能平滑显示，中频信号在包络检波之前通过可调低通滤波器（即视频滤波器）；视频信号在阴极射线管内低通滤波器（即视频滤波器）；视频信号在阴极射线管内
16、垂直偏转，即显示出该信号的幅度垂直偏转，即显示出该信号的幅度。二、频谱分析仪的组成和原理二、频谱分析仪的组成和原理n n1.1.衰减器衰减器n n衰减器主要有三个作用：衰减器主要有三个作用：n n1 1 保护频谱仪不受损坏：测量高电平信号时，为保护频谱仪不受损坏：测量高电平信号时，为了避免烧坏频谱分析仪，必须对信号进行衰减。了避免烧坏频谱分析仪，必须对信号进行衰减。n n2 2 提高测试的准确性：混频器是非线性器件，当提高测试的准确性：混频器是非线性器件，当混频器输入的信号电平较高时，输出会产生许多混频器输入的信号电平较高时，输出会产生许多杂波，而且电平太高会干扰测试结果。杂波，而且电平太高会
17、干扰测试结果。n n3 3 提高频谱仪动态范围：通过设置步进衰减器调提高频谱仪动态范围：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。节进入混频器的电平，可以得到较大的动态范围。二、频谱分析仪的组成和原理二、频谱分析仪的组成和原理n n2.2.混频器混频器n n混频器的作用就是将输入的高频信号转换成中频信号，由混频器的作用就是将输入的高频信号转换成中频信号，由于混频器是非线性器件，输出会含有很多频率成分：于混频器是非线性器件，输出会含有很多频率成分：mfRFnfLOmfRFnfLO。但我们需要的是。但我们需要的是fLOfLO-fRFfRF。n n3.3.中频放大器中频放大器n
18、 n输入信号经过前置衰减器，电平已经降低，为了恢复信号输入信号经过前置衰减器，电平已经降低，为了恢复信号幅值，补偿输入衰减器的变化，在混频后需要对中频信号幅值，补偿输入衰减器的变化，在混频后需要对中频信号进行放大，不过在放大有用信号的同时，噪声和干扰信号进行放大，不过在放大有用信号的同时，噪声和干扰信号也会被同时放大。也会被同时放大。n n4.4.中频滤波器中频滤波器n n中频信号经放大后，会经过中频滤波器。中频滤波器是一中频信号经放大后，会经过中频滤波器。中频滤波器是一个带通滤波器，它选出需要的混频分量，抑制掉其他不需个带通滤波器，它选出需要的混频分量，抑制掉其他不需要的信号。中频滤波器的带
19、宽决定了频谱分析仪的要的信号。中频滤波器的带宽决定了频谱分析仪的 RBWRBW范围。范围。二、频谱分析仪的组成和原理二、频谱分析仪的组成和原理n n5.5.模拟滤波器模拟滤波器n n模拟滤波器用来实现大的分辨率带宽。一般频谱模拟滤波器用来实现大的分辨率带宽。一般频谱仪为仪为 4 4 级滤波电路，也有级滤波电路，也有 5 5 级滤波电路产品，这级滤波电路产品，这样可分别得到样可分别得到 14 14 和和 10 10 的波形因子，然而理想的的波形因子，然而理想的高斯滤波器的波形因子为高斯滤波器的波形因子为4.64.6。n n选择性选择性 =BW3dB/BW60dB=BW3dB/BW60dBn n很
20、多公司的产品提供了滤波器很多公司的产品提供了滤波器 3 B 3 B 带宽，表示等带宽，表示等幅正弦信号频率相差多少时仍能将它们区分开，幅正弦信号频率相差多少时仍能将它们区分开，这样的合成响应曲线仍有两个峰值，中间下沉大这样的合成响应曲线仍有两个峰值，中间下沉大约约 3 B3 B，如图，如图 12-6 12-6 所示。所示。二、频谱分析仪的组成和原理二、频谱分析仪的组成和原理n n6.6.数字中频滤波器数字中频滤波器n n信号通过数字滤波器可以获得很窄的带宽。和模拟滤波器相信号通过数字滤波器可以获得很窄的带宽。和模拟滤波器相比，理想的高斯滤波器可以实现。数字滤波器在可接受的价比，理想的高斯滤波器
21、可以实现。数字滤波器在可接受的价格内有更好的选择性。如格内有更好的选择性。如 5 5 级电路模拟滤波器的波形因子为级电路模拟滤波器的波形因子为 1010，高斯滤波器为，高斯滤波器为 4.64.6。n n7.7.FFT FFT 滤波器（傅里叶滤波器）滤波器（傅里叶滤波器）n n如果单纯加为了测试精度而设置非常窄的分辨率带宽，会造如果单纯加为了测试精度而设置非常窄的分辨率带宽，会造成长时间的扫描，因此在非常高的分辨率的情况下，建议采成长时间的扫描，因此在非常高的分辨率的情况下，建议采用用 FFTFFT滤波器，从时域特性计算频谱，如图滤波器，从时域特性计算频谱，如图 12-7 12-7 所示。采用所
22、示。采用 FFT FFT 滤波器时，过高的频率信号不能通过滤波器时，过高的频率信号不能通过 A/D A/D 直接采样，直接采样，需经过与本振混频变为中频，并在时域对带通信号取样。需经过与本振混频变为中频，并在时域对带通信号取样。n n8.8.对数放大器与检波器对数放大器与检波器n n频谱分析仪一般都是用包络信号将频谱分析仪一般都是用包络信号将 IF IF 信号转换成视频。检信号转换成视频。检波器之前有一个对数放大器，对数放大器按照对数函数来压波器之前有一个对数放大器，对数放大器按照对数函数来压缩信号电平（对于输入电压幅度缩信号电平（对于输入电压幅度 v v，输出电压幅度为本振，输出电压幅度为本
23、振 gvgv），这大大减小了由检波器所检测的信号电平的变化，而），这大大减小了由检波器所检测的信号电平的变化，而同时向用户提供校准成用分贝读数的对数垂直刻度，在频谱同时向用户提供校准成用分贝读数的对数垂直刻度，在频谱分析仪中，由于信号电平大幅度变化，故需要采用对数刻度。分析仪中，由于信号电平大幅度变化，故需要采用对数刻度。n n9.9.视频滤波器视频滤波器n n视频滤波器在包络检波器之后，决定视频带宽，视频滤波器视频滤波器在包络检波器之后，决定视频带宽，视频滤波器是第一级低通设置，用于从视频信号中滤除噪声、平滑轨迹，是第一级低通设置，用于从视频信号中滤除噪声、平滑轨迹，从而使显示结果趋于稳定，
24、如图从而使显示结果趋于稳定，如图 12-812-8、12-9 12-9 所示。所示。10.锯齿波发生器、本振和显示锯齿波发生器既控制显示器上曲线的位置，又控制输入信号的频率，所以可以通过校准，用显示器的水平轴来表示输入信号频率。n n三、三、频谱分析仪的主要性能指标频谱分析仪的主要性能指标n n1.1.分辨率带宽分辨率带宽n n分辨率带宽指分辨频谱中两个相邻分量之间的最小谱线间隔，分辨率带宽指分辨频谱中两个相邻分量之间的最小谱线间隔，单位是赫兹（单位是赫兹（HzHz）它表示频谱仪将两个彼此靠得很近的等幅）它表示频谱仪将两个彼此靠得很近的等幅信号在规定低点处分辨开来的能力。信号在规定低点处分辨开
25、来的能力。n n2.2.输入频率范围输入频率范围n n输入频率范围指频谱仪能够正常工作的最大频率区域，以赫输入频率范围指频谱仪能够正常工作的最大频率区域，以赫兹表示该范围的上限和下限，由扫描本振的频率范围决定。兹表示该范围的上限和下限，由扫描本振的频率范围决定。n n3.3.灵敏度灵敏度n n灵敏度指在给定分辨率带宽、显示方式和其他影响因素下，灵敏度指在给定分辨率带宽、显示方式和其他影响因素下，频谱仪显示最小信号电平的能力，一般以频谱仪显示最小信号电平的能力，一般以 dBmdBm、dBudBu、dBvdBv、V V 等为单位。等为单位。n n4.4.动态范围动态范围n n能以规定的准确度测量同
26、时出现在输入端的两个信号之间的最大差值称为动态范围，动态范围的上限受能以规定的准确度测量同时出现在输入端的两个信号之间的最大差值称为动态范围，动态范围的上限受到非线性失真的制约。而频谱仪的动态范围一般在到非线性失真的制约。而频谱仪的动态范围一般在 60 dB 60 dB 以上，有时甚至达到以上，有时甚至达到 100 dB 100 dB 以上。以上。n n5.5.频率扫描宽度（频率扫描宽度（SpanSpan）n n频率扫描宽度是指频谱仪显示屏幕最左和最右垂直刻度线内所能显示的响应信号的频率范围（频谱宽度）频率扫描宽度是指频谱仪显示屏幕最左和最右垂直刻度线内所能显示的响应信号的频率范围（频谱宽度）
27、。根据测量的需要自动调节，一般有分析谱宽、扫宽、频率量程、频谱跨度等不同的叫法，可以或人为。根据测量的需要自动调节，一般有分析谱宽、扫宽、频率量程、频谱跨度等不同的叫法，可以或人为设置。设置。n n6.6.扫描时间（扫描时间（SweepSweepTimeTime，简作，简作 STST）n n进行一次全频率范围的扫描，并完成测量所需的时间称为扫描时间，也称为分析时间。通常扫描时间越进行一次全频率范围的扫描，并完成测量所需的时间称为扫描时间，也称为分析时间。通常扫描时间越短越好，但为保证测量精度，扫描时间也必须适当。短越好，但为保证测量精度，扫描时间也必须适当。n n7.7.幅度测量精度幅度测量精
28、度n n幅度测量精度有绝对幅度精度和相对幅度精度两种。绝对幅度精度是针对满刻度信号的指标，受输入衰幅度测量精度有绝对幅度精度和相对幅度精度两种。绝对幅度精度是针对满刻度信号的指标，受输入衰减、中频增益、分辨率带宽、刻度逼真度、频响及校准信号本身精度等的综合影响；相对幅度精度与测减、中频增益、分辨率带宽、刻度逼真度、频响及校准信号本身精度等的综合影响；相对幅度精度与测量方式有关，在理想情况下仅有频响和校准信号精度两项误差来源，测量精度可以非常高。量方式有关，在理想情况下仅有频响和校准信号精度两项误差来源，测量精度可以非常高。n n8.8.1 1dB dB 压缩点和最大输入电平压缩点和最大输入电平
29、n n在动态范围内，因输入电平过高而引起的信号增益下降在动态范围内，因输入电平过高而引起的信号增益下降 1 dB 1 dB 时的点称为时的点称为 1 dB 1 dB 压缩点。压缩点。1 dB 1 dB 压缩点表明压缩点表明了频谱仪过载能力。通常出现在输入衰减了频谱仪过载能力。通常出现在输入衰减 0 dB 0 dB 的情况下，由第一混频决定。输入衰减增大，的情况下，由第一混频决定。输入衰减增大，1 dB 1 dB 压缩压缩点的位置将同步增高。为避免非线性失真，所显示的最大输入电平（参考电平）必须位于点的位置将同步增高。为避免非线性失真，所显示的最大输入电平（参考电平）必须位于 1 dB 1 dB
30、 压缩点压缩点之下。之下。n n最大输入电平，反映了频谱仪可正常工作的最大限度，它的值一般由通道中第一个关键器件决定。最大输入电平，反映了频谱仪可正常工作的最大限度，它的值一般由通道中第一个关键器件决定。n n四、频谱分析仪的发展现状与发展趋势四、频谱分析仪的发展现状与发展趋势n n1.1.传统频谱分析仪传统频谱分析仪n n传统频谱分析仪的前端电路是一定带宽内可调谐的接收机，输入信号经变频器传统频谱分析仪的前端电路是一定带宽内可调谐的接收机，输入信号经变频器变频后由低通滤波器输出，滤波输出作为垂直分量，频率作为水平分量，在示变频后由低通滤波器输出，滤波输出作为垂直分量，频率作为水平分量，在示波
31、器屏幕上绘出坐标图，即输入信号的频谱图。由于变频器可以达到很宽的频波器屏幕上绘出坐标图，即输入信号的频谱图。由于变频器可以达到很宽的频率（率（30 Hz30 Hz30 GHz30 GHz），与外部混频器配合，可扩展到），与外部混频器配合，可扩展到 100 GHz 100 GHz 以上，频谱分析以上，频谱分析仪是频率覆盖最宽的测量仪器之一。仪是频率覆盖最宽的测量仪器之一。n n2.2.现代频谱分析仪现代频谱分析仪n n基于快速傅里叶变换（基于快速傅里叶变换（FFTFFT）的现代频谱分析仪是通过傅里叶运算将被测信号分）的现代频谱分析仪是通过傅里叶运算将被测信号分解成分立的频率分量，达到与传统频谱分
32、析仪同样的结果。这种新型的频谱分解成分立的频率分量，达到与传统频谱分析仪同样的结果。这种新型的频谱分析仪采用数字方法直接由模拟析仪采用数字方法直接由模拟 /数字转换器（数字转换器（ADCADC）对输入信号取样，再经）对输入信号取样，再经 FFT FFT 处理后获得频谱分布图。处理后获得频谱分布图。n n现代扫频式频谱仪基本工作原理与古老的频谱仪工作原理相比，最显著的变化现代扫频式频谱仪基本工作原理与古老的频谱仪工作原理相比，最显著的变化是：在中频滤波器之后进行了是：在中频滤波器之后进行了 A/D A/D 采样，分辨率带宽滤波、检波、视频滤波均采样，分辨率带宽滤波、检波、视频滤波均采用数字信号处
33、理的方式实现。扫频式频谱仪仍是目前频谱仪的主流，根据其采用数字信号处理的方式实现。扫频式频谱仪仍是目前频谱仪的主流，根据其应用领域的不同，可进一步分为台式频谱仪、手持式频谱仪、应用领域的不同，可进一步分为台式频谱仪、手持式频谱仪、VXI VXI 总线频谱仪、总线频谱仪、PXI PXI 总线频谱仪、总线频谱仪、LXI LXI 总线频谱仪等。总线频谱仪等。任务二任务二 频谱分析仪的使用频谱分析仪的使用n n技能知识技能知识n n一、频谱分析仪的使用n n二、使用测试实例任务二任务二 频谱分析仪的使用频谱分析仪的使用n n一、频谱分析仪的使用一、频谱分析仪的使用n n 扫频宽度的选择：需要根据被观测
34、的信号的频谱宽度进扫频宽度的选择：需要根据被观测的信号的频谱宽度进行选择。行选择。n n 带宽的选择：应与扫频宽度相当。带宽的选择：应与扫频宽度相当。n n 扫频速度的选择：以获得较高的动态分辨力为准则；同扫频速度的选择：以获得较高的动态分辨力为准则；同时，应合理处理与分析时间的矛盾。时，应合理处理与分析时间的矛盾。n n 频谱仪和被测仪器都必须可靠接地，操作员需要带接地频谱仪和被测仪器都必须可靠接地，操作员需要带接地手环操作。手环操作。n n 在在“DC DC 耦合耦合”下，所测的信号不允许包含直流电压成分，下，所测的信号不允许包含直流电压成分，否则会导致频谱仪工作状态发生变化，幅度测量不准
35、确，否则会导致频谱仪工作状态发生变化，幅度测量不准确，甚至会烧毁混频管。甚至会烧毁混频管。n n 频谱仪的最大输入功率不得超过最大允许值（频谱仪的最大输入功率不得超过最大允许值（+30+30 dBmdBm）。）。n n 在进行测量时，所选用的频谱分析仪的阻抗，应与被测在进行测量时，所选用的频谱分析仪的阻抗，应与被测对象的阻抗一致，否则会因不匹配而影响幅度测量的准确对象的阻抗一致，否则会因不匹配而影响幅度测量的准确度。度。n n如图如图 12-11 12-11 所示，有五种放置频谱仪的示例方法，其中所示，有五种放置频谱仪的示例方法，其中 C C、DD、E E 三种方法能够以最佳角度读取频谱仪屏幕
36、上的数据。三种方法能够以最佳角度读取频谱仪屏幕上的数据。n n二、使用测试实例二、使用测试实例n n所用仪器：所用仪器：YB1610 YB1610 函数信号发生器一台、函数信号发生器一台、YB43020B YB43020B 示波器示波器一台、一台、AT5010B AT5010B 频谱仪一台、探针三支。频谱仪一台、探针三支。n n操作步骤如下：操作步骤如下：n n1 1 打开频谱分析仪，调节亮度和聚焦旋钮，使屏幕上显示的打开频谱分析仪，调节亮度和聚焦旋钮，使屏幕上显示的光迹清晰。光迹清晰。n n2 2 调节扫频宽度选择按键（调节扫频宽度选择按键（SCANWIDTHSCANWIDTH），使），使
37、1 MHz 1 MHz 指示指示灯亮，表示每格所占频率为灯亮，表示每格所占频率为 1 MHz1 MHz。n n3 3 调节中心频率粗细调调节旋钮，使频标位于屏幕中心位调节中心频率粗细调调节旋钮，使频标位于屏幕中心位置，所指频率为置，所指频率为10 MHz10 MHz。n n4 4 将频谱仪探头分别与频谱仪探针、接地相连，会有脉冲图将频谱仪探头分别与频谱仪探针、接地相连，会有脉冲图像出现在像出现在 10 MHz 10 MHz 频标位置，如图频标位置，如图 12-12 12-12 所示。所示。任务二任务二 频谱分析仪的使用频谱分析仪的使用n n理论知识n n频谱分析仪的应用范围n n频谱分析仪的应
38、用范围频谱分析仪的应用范围n n1.1.相位噪声测量相位噪声测量n n信号源的确定性频率变化具有性质确定的变化规律或变化量，而随机性频率变化信号源的确定性频率变化具有性质确定的变化规律或变化量，而随机性频率变化的相位不稳定度是随机的，故称为相位噪声。相位噪声是本振短期稳定度的表征，的相位不稳定度是随机的，故称为相位噪声。相位噪声是本振短期稳定度的表征，也是频谱纯度的一个重要度量指标。它通常会引起波形在零点处的抖动，在时域也是频谱纯度的一个重要度量指标。它通常会引起波形在零点处的抖动，在时域中不易辨别，而在频域中表现为载波的边带，所以常在频域内进行测量。中不易辨别，而在频域中表现为载波的边带，所
39、以常在频域内进行测量。n n2.2.脉冲信号测量脉冲信号测量n n脉冲信号是雷达和数字通信中的一类重要信号，它的测量比连续波形困难。如果脉冲信号是雷达和数字通信中的一类重要信号，它的测量比连续波形困难。如果采用窄分辨带宽进行频谱测量，将呈现出离散的频谱；如果采用较宽的分辨带宽，采用窄分辨带宽进行频谱测量，将呈现出离散的频谱；如果采用较宽的分辨带宽，这些频谱就会连成一片。可见，频谱仪的不同设置可能对同一个脉冲信号的测量这些频谱就会连成一片。可见，频谱仪的不同设置可能对同一个脉冲信号的测量结果产生不同的影响。结果产生不同的影响。n n3.3.信道和邻道功率测量信道和邻道功率测量n n模拟、数字无线
40、移动通信系统复用频段上都有几个相邻的无线通信信道。为确保模拟、数字无线移动通信系统复用频段上都有几个相邻的无线通信信道。为确保用户的正常通信，必须避免在各频段上消除相邻信道的发射干扰。因此，有必要用户的正常通信，必须避免在各频段上消除相邻信道的发射干扰。因此，有必要对邻近信道的功率进行限定，使其绝对功率（单位为对邻近信道的功率进行限定，使其绝对功率（单位为 dBmdBm）或相对于传输信道）或相对于传输信道的相对功率不影响信号传输。的相对功率不影响信号传输。任务三任务三 认识扫频仪认识扫频仪n n技能知识技能知识n n一、扫频仪面板一、扫频仪面板n n二、频谱仪的用途二、频谱仪的用途任务三任务三
41、 认识扫频仪认识扫频仪n n技能知识技能知识n n一、扫频仪面板一、扫频仪面板n nBT-3 BT-3 型扫频仪的面板如图型扫频仪的面板如图 12-13 12-13 所示。所示。n n1.1.显示部分显示部分n nA A 电源、辉度旋钮：该控制装置是一只带开关的电位器，兼有电源开关、辉电源、辉度旋钮：该控制装置是一只带开关的电位器，兼有电源开关、辉度旋钮两种作用。顺时针旋动此旋钮，即可接通电源；继续顺时针旋动，荧度旋钮两种作用。顺时针旋动此旋钮，即可接通电源；继续顺时针旋动，荧光屏上显示的光点或图形亮度增加。使用时注意亮度宜适中。光屏上显示的光点或图形亮度增加。使用时注意亮度宜适中。n nB
42、B 聚焦旋钮：调节屏幕上的光点亮线使其清晰明亮，以保证显示波形的清晰聚焦旋钮：调节屏幕上的光点亮线使其清晰明亮，以保证显示波形的清晰度。度。n nC C 坐标亮度旋钮：在屏幕的坐标亮度旋钮：在屏幕的 4 4 个角上，装有个角上，装有 4 4 个带颜色的指示灯，使屏幕的个带颜色的指示灯，使屏幕的坐标尺度线显示明了。旋钮从中间位置向顺时针方向旋动，荧光屏上两个对坐标尺度线显示明了。旋钮从中间位置向顺时针方向旋动，荧光屏上两个对角位置的黄灯亮，屏幕上出现黄色的坐标线；从中间位置逆时针方向旋动，角位置的黄灯亮，屏幕上出现黄色的坐标线；从中间位置逆时针方向旋动，另两个对角位置的红灯亮，显示出红色的坐标线
43、。黄色坐标线便于观察，红另两个对角位置的红灯亮，显示出红色的坐标线。黄色坐标线便于观察，红色坐标便于摄影。色坐标便于摄影。n nD Y D Y 轴位置旋钮：调节荧光屏上光点或图形在垂直方向上的位置。轴位置旋钮：调节荧光屏上光点或图形在垂直方向上的位置。n nE Y E Y 轴衰减开关：设有轴衰减开关：设有 1 1、1010、100 100 三个衰减挡级。根据输入电压的大小选择三个衰减挡级。根据输入电压的大小选择合适的衰减挡级。合适的衰减挡级。n nF Y F Y 轴增益旋钮：调节显示在荧光屏上图形垂直方向幅度的大小。轴增益旋钮：调节显示在荧光屏上图形垂直方向幅度的大小。n nG G 影像极向开
44、关：改变屏幕上所显示的曲线波形的正负极性。当开关在影像极向开关：改变屏幕上所显示的曲线波形的正负极性。当开关在“+”+”位位置时，波形曲线往上方向变化（正极性波形）；当开关在置时，波形曲线往上方向变化（正极性波形）；当开关在“-”-”位置时，波形曲线位置时，波形曲线往下方向变化（负极性波形）。当曲线波形需要正、负方向同时显示时，只能将往下方向变化（负极性波形）。当曲线波形需要正、负方向同时显示时，只能将开关在开关在“+”+”和和“-”-”位置间往复变动，才能观察曲线波形的全貌。位置间往复变动，才能观察曲线波形的全貌。n nH Y H Y 轴输入插座：由被测电路的输出端用电缆探头引接此插座，使输
45、入信号经垂轴输入插座：由被测电路的输出端用电缆探头引接此插座，使输入信号经垂直放大器，便可显示出该信号的曲线波形。直放大器，便可显示出该信号的曲线波形。n n2.2.扫描部分扫描部分n nI I 波段开关：输出的扫频信号按中心频率划分为三个波段（第波段开关：输出的扫频信号按中心频率划分为三个波段（第 I I 波段波段 1 1 75 75 MHzMHz、第、第 II II 波段波段 75 75 150 MHz150 MHz、第、第 III III 波段波段 150 150 300 MHz300 MHz），可根据测试需要），可根据测试需要选择合适波段。选择合适波段。n nJ J 中心频率度盘：能连
46、续地改变中心频率。度盘上所标定的中心频率不是十分准中心频率度盘：能连续地改变中心频率。度盘上所标定的中心频率不是十分准确的，一般需要边调节度盘，边观察频标移动的数值，来确定中心频率的位置。确的，一般需要边调节度盘，边观察频标移动的数值，来确定中心频率的位置。n nK K 输出衰减（输出衰减（dBdB）开关：根据测试的需要，选择扫频信号的输出幅度大小。按）开关：根据测试的需要，选择扫频信号的输出幅度大小。按开关的衰减量来划分，可分粗调、细调两种。粗调：开关的衰减量来划分，可分粗调、细调两种。粗调：0 0、1010、2020、3030、4040、5050、6060（dBdB），细调：），细调：0
47、0、2 2、3 3、4 4、6 6、8 8、1010（dBdB）。粗调和细调衰减的总衰减量为）。粗调和细调衰减的总衰减量为 70 dB70 dB。n nL L 扫频电压输出插座：扫频信号由此插座输出，可用扫频电压输出插座：扫频信号由此插座输出，可用 75 75 匹配电缆探头匹配电缆探头或开路电缆连接到被测电路的输入端，以便进行测试。或开路电缆连接到被测电路的输入端，以便进行测试。n n3.3.频标部分频标部分n nM M 频标选择开关：有频标选择开关：有 1 MHz1 MHz、l0 MHz l0 MHz 和外接三挡。当开关置于和外接三挡。当开关置于 1 MHz 1 MHz 挡挡时，扫描线上显示
48、时，扫描线上显示 1 MHz 1 MHz 的菱形频标；置于的菱形频标；置于 10 MHz 10 MHz 挡时，扫描线上显挡时，扫描线上显示示 10 MHz 10 MHz 的菱形频标；置于外接时，扫描线上显示外接信号频率的频的菱形频标；置于外接时，扫描线上显示外接信号频率的频标。标。n nN N 频标幅度旋钮：用于调节频标幅度的大小。一般幅度不宜太大，以观频标幅度旋钮：用于调节频标幅度的大小。一般幅度不宜太大，以观察清楚为宜。察清楚为宜。n nO O 频率偏移旋钮：用于调节扫频信号的频率偏移宽度。在测试时可以适频率偏移旋钮：用于调节扫频信号的频率偏移宽度。在测试时可以适当调整被测电路的通频带宽所
49、需的频偏，顺时针方向旋动时，频偏增宽，当调整被测电路的通频带宽所需的频偏，顺时针方向旋动时，频偏增宽，最大可达最大可达 7.5 MHz 7.5 MHz 以上以上 ;反之则频偏变窄，最小在反之则频偏变窄，最小在 0.5 MHz 0.5 MHz 以下。以下。n nP P 外接频标输入接线柱：当频标选择开关置于外接频标挡位时，外来的外接频标输入接线柱：当频标选择开关置于外接频标挡位时，外来的标准信号发生器的信号由此接线柱引入，此时在扫描线上显示外频标信标准信号发生器的信号由此接线柱引入，此时在扫描线上显示外频标信号的标记。号的标记。n n二二、频谱仪的用途、频谱仪的用途n n频谱仪主要可以做如下测试
50、：相位噪声、脉冲信号、信道和频谱仪主要可以做如下测试：相位噪声、脉冲信号、信道和邻道功率、正弦信号的绝对幅值和相对幅值、脉冲噪声、噪邻道功率、正弦信号的绝对幅值和相对幅值、脉冲噪声、噪声和频率稳定度等参数的测试；调幅、调频、脉冲调幅等调声和频率稳定度等参数的测试；调幅、调频、脉冲调幅等调制信号的特性、电磁兼容性（制信号的特性、电磁兼容性（EMCEMC）的测试等。）的测试等。任务三任务三 认识扫频仪认识扫频仪n n理论知识理论知识n n一、扫频仪的应用范围一、扫频仪的应用范围n n二、扫频仪的概述二、扫频仪的概述n n三、扫频仪的组成和原理三、扫频仪的组成和原理n n四、扫频仪的主要性能指标四、