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频谱分析仪的工作原理
频谱分析仪架构犹如时域用途的示波器,面板上布建许多功能控制按键,作为系统功能之调整与控制,实时频谱分析仪(Real-Time Spectrum Analyzer)与扫瞄调谐频谱分析仪(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer)。实时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅,其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器(Detector),再经由同步的多任务扫瞄器将信号传送到CRT 屏幕上,其优点是能显示周期性杂散波(PeriodicRandom Waves)的瞬间反应,其缺点是价昂且性能受限于频宽范围、滤波器的数目与的多任务交换时间(Switching Time)。
常用的频谱分析仪是扫瞄调谐频谱分析仪,可调变的本地振荡器经与CRT 同步的扫瞄产生器产生随时间作线性变化的振荡频率,经混波器与输入信号混波降频后的中频信号(IF)再放大、滤波与检波传送到CRT 的垂直方向板,因此在CRT 的纵轴显示信号振幅与频率的对应关系,信号流程架构如图1.3 所示。
影响信号反应的重要部份为滤波器频宽,滤波器之特性为高斯滤波器(Gaussian-Shaped Filter),影响的功能就是量测时常见到的解析频宽(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频宽差异,两个不同频率的信号频宽如低于频谱分析仪的RBW,此时该两信号将重叠,难以分辨,较低的RBW 固然有助于不同频率信号的分辨与量测,低的RBW 将滤除较高频率的信号成份,导致信号显示时产生失真,失真值与设定的RBW 密切相关,较高的RBW 固然有助于宽带带信号的侦测,将增加噪声底层值(Noise Floor),降低量测灵敏度,对于侦测低强度的信号易产生阻碍,因此适当的RBW 宽度是正确使用频谱分析仪重要的概念。
另外的视频频宽(VBW,Video Bandwidth)代表单一信号显示在屏幕所需的频宽。如前所说明,量测信号时,视频频宽过与不及均非适宜,都将造成量测的困扰,如何调整必须加以了解。通常RBW 的频宽大于等于VBW,调整RBW 而信号振幅并无产生明显的变化,此时之RBW 频宽即可加以采用。量测RF 视频载波时,信号经设备内部的混波器降频后再加以放大、滤波(RBW 决定)及检波显示等流程,若扫描太快,RBW 滤波器将无法完全充电到信号的振幅峰值,因此必须维持足够的扫描时间,而RBW 的宽度与扫描时间呈互动关系,RBW 较大,扫描时间也较快,反之亦然,RBW 适当宽度的选择因而显现其重要性。较宽的RBW 较能充分地反应输入信号的波形与振幅,但较低的RBW 将能区别不同频率的信号。例如使用于6MHz 频宽视讯频道的量测,经验得知,RBW 为300kHz 与3MHz 时,载波振幅峰值并不产生显著变化,量测6MHz的视频信号通常选用300kHz 的RBW 以降低噪声。天线信号量测时,频谱分析仪的展频(Span)使用100MHz,获得较宽广的信号频谱需求,RBW使用3MHz。这些的量测参数并非一成不变,将会依现场状况及过去量测的经验加以调整。
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实时式频谱分析仪
在存在被测信号的有间内提取信号的全部频谱信息进行分析并显示其结果的仪器主要用于分析持续时间很短的非重复性平稳随机过程和暂态过程,也能分析40兆赫以下的低频和较低频连续信号,能显示幅度和相位。傅里叶分析仪是实时式频谱分析仪,其基本工作原理是把被分析的模拟信号经模数变换电路变换成数字信号后,加到数字滤波器进行傅里叶分析;由*处理器控制的正交型数字本地振荡器产生按正弦律变化和按余弦律变化的数字本振信号,也加到数字滤波器与被测信号作傅里叶分析。正交型数字式本振是扫频振荡器,当其频率与被测信号中的频率相同时就有输出,经积分处理后得出分析结果供示波管显示频谱图形。正交型本振用正弦和余弦信号得到的分析结果是复数,可以换算成幅度和相位。分析结果也可送到打印绘图仪或通过标准接口与计算机相连。
技术指标
频谱分析仪的主要技术指标有频率范围、分辨力、分析谱宽、分析时间、扫频速度、灵敏度、显示方式和假响应。
频率范围
频谱分析仪进行正常工作的频率区间。现代频谱仪的频率范围能从低于1Hz至300GHz。
分辨力
频谱分析仪在显示器上能够区分邻近的两条谱线之间频率间隔的能力,是频谱分析仪重要的技术指标。分辨力与滤波器型式、波形因数、带宽、本振稳定度、剩余调频和边带噪声等因素有关,扫频式频谱分析仪的分辨力还与扫描速度有关。分辨带宽越窄越好。现代频谱仪在高频段分辨力为10~100赫。
分析谱宽
又称频率跨度。频谱分析仪在一次测量分析中能显示的频率范围,可等于或小于仪器的频率范围,通常是可调的。
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MXA N9020A是agilent公司在2005年推出的一款中档生产级信号分析仪,流通至今,它是agilent在售的新一代中档频谱分析仪+矢量信号分析仪,也是我司主营的信号分析仪。工作方式为FFT+扫频,支持2G、3G和3.9G通信标准,广泛应用在元器件、直放站和基站部件的带内及带外测试,矢量信号分析测量速度是目前agilent推出的成熟的产品中快的。并拥有40MHz的分析带宽。
主要特性与技术指标
频率范围为:20Hz--3.6/8.4/13.6/26.5GHz
平均噪声电平:≤-166dBm
测量精度:≤±0.23dB
小分辨率带宽:1Hz
可配置25或40MHz的分析带宽选件
带有可到26.5GHz的内置前置放大器
支持GSM/EDGE、CDMA2000、WCDMA、HSDPA、HSUPA、EVDO、TD-SCDMA、LTE、WLAN、相位噪声和噪声系数等的测量选件。
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AgilentE4440A PSA 频谱分析仪
主要特性与技术指标
性能
+/-0.24 dB幅度精度
-155 dBm/Hz显示的平均噪声电平(DNAL)
10 kHz偏置时的相噪:-118 dBc/Hz
81 dB W-CDMA ACLR 动态范围
分析带宽
40或80 MHz分析带宽支持捕获和测量复杂的信号。
-78 dB(额定值)三阶互调
0.5 dB IF频率响应
-78 dB(额定值)三阶互调
灵活性
功率套件能对20多种无线制式进行一键式功率测量 PSA功率套件一键式功率测量
描述
E4440 PSA测量高达26.5GHz的RF及微波信号。
查看PSA高带宽数字转换器影片演示
主要特性:
了解更多特性, 请查阅PSA 系列宣传资料
动态范围
-155dBm 显示平均噪声级 (DANL)
+17 dBm 三阶互调(TOI)(+19 dBm 典型)
-116 dBc/Hz 相位噪声(10 kHz 偏置)(-118dBc/Hz 典型)
度
±0.62 dB振幅精度(±0.24 dB 典型)
±0.38 dB 频率响应 (±0.11 dB 典型)
±0.07 dB对数放大线性度
速度
快速低电平寄生搜索
<30 ms 快速ACP测量
50测量/秒本地更新率,45测量/秒远地测量
标准特性:
具有自动量程功能的全数字IF
相噪优化
检波器套件
160个分辨率带宽设置(10%步进)
2 dB 步进衰减器
FFT 及扫频测量模式
门通选扫频
套单键功率测量
用内置的CISPR和MIL标准预兼容EMI检波器和带宽进行EMI测量
可选特性:
内置前置放大器(选项 1DS: 100 kHz - 3 GHz; 选项 110: 10 MHz - 26.5 GHz)
简便易用的内置 PSA系列测量键
调制分析及链接到89601A矢量信号分析软件
40 MHz 或80 MHz 带宽数字转换器
采用 外混频的325 GHz频率范围
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