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噪声特性
由于电阻的热敏效应,任何设备均具有噪声,频谱分析仪亦不例外,频谱分析仪的噪声,本质上是热噪声,属于随机性(Random),它能被放大与衰减,由于系随机性信号,两噪声的结合只有相加而无法产生相减的效果。在频带范围内也相当平坦,其频宽远大于设备内部电路的频宽,检测器检知的噪声值与设定的分辨率频宽(RBW)有关。由于噪声是随机性迭加于信号功率上,因此显示的噪声准位与分辨率频宽成对数的关系,改变分辨率频宽时噪声随之变化,噪声改变量相关的数学式如下所示:
例如:频宽从100kHz(BW1)调整到10kHz(BW2),则噪声改变量为:
亦即降低噪声量10dB (为原来的1/10),相对提高讯号与噪声比10dB。由此可知,纯粹要降低噪声量,使用窄宽度的频宽将能达到目的。不论噪声来之于外部或内部产生,量测时均将影响信号振幅的准确性,特别在低准位信号时,更是如此,噪声太大时,甚至掩盖信号以致无确判断信号的大小,影响量测质量的两种噪声可概括为下列项:
⑴.产生于交换功能的数字电路、点火系统与DC 马达脉冲噪声,这类噪声常见于EMI(Electromagnetic Interference)的讨论领域里。
⑵. 随机性噪声来之于自然界或电路的电子移动,又称之为KTBW (或称热敏)噪声、Johnson 噪声、宽带噪声或白氏(White)噪声等,本书主要以热敏噪声为重点,数学式为:
Pn =kTBW ,⑸
其中:Pn =噪声功率= 3.98*10?21 瓦/Hz 或-174dB/Hz
k=Boltzman 常数,1.38*10?23 joule/oK
T=温度表示的常温=290 oK
BW=系统的噪声功率频宽(Hz)。
在4MHz、75 Ω、290 oK 时的噪声功率为-59.1dBm。由噪声功率得知,信号频宽降低,系统噪声功率随之降低,信号的质量以信号噪声比表示
(SNR;Signal-to-Noise Ratio),信号强度(单位为dBm)与系统噪声功
率(单位为dBm)的相减值即为信号噪声比,数学式为:
匹配因素
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问区
怎样设置才能获得频谱仪佳的灵敏度,以方便观测小信号?
首先根据被测小信号的大小设置相应的中心频率、扫宽(span)以及参考电平;然后在频谱分析仪没有出现过载提示的情况下逐步降低衰减值。
如果此时被测小信号的信噪比小于15db,就逐步减小rbw,rbw越小,频谱分析仪的底噪越低,灵敏度就越高。
如果频谱分析仪有预放,打开预放。预放开,可以提高频谱分析仪的噪声系数,从而提高了灵敏度。对于信噪比不高的小信号,可以减少vbw或者采用轨迹平均,平滑噪声,减小波动。
需要注意的是,频谱仪测量结果是外部输入信号和频谱分析仪内部噪声之和,要使测量结果准确,通常要求信噪比大于20db。
分辨率带宽(rbw)越小越好吗?
rbw越小,频谱分析仪灵敏度就越好,但是,扫描速度会变慢。好根据实际测试需求设rbw,在灵敏度和速度之间找到平衡点–既保证准确测量信号又可以得到快速的测量速度。
平均检波方式(averagetype)如何选择:power?logpower?voltage?
logpower对数功率平均:又称videoaveraging,这种平均方式具有低的底噪,适合于低电平连续波信号测试。
但对”类噪声“信号会有一定的误差,比如宽带调制信号w-cdma等。
功率平均:又称rms平均,这种平均方式适合于“类噪声”信号(如:cdma)总功率测量。
电压平均:这种平均方式适合于观测调幅信号或者脉冲调制信号的上升和下降时间测量。
扫描模式的选择:sweep还是fft?
现代频谱仪的扫描模式通常都具有sweep模式和fft模式。通常在比较窄的rbw设置时,fft比sweep更具有速度优势,但在较宽rbw的条件下,sweep模式更快。
当扫宽小于fft的分析带宽时,fft模式可以测量瞬态信号;在扫宽**出频谱分析仪的fft分析带宽时,如果采用fft扫描模式,工作方式是对信号进行分段处理,段与段之间在时间上存在不连续性,则可能在信号采样间隙时,丢失有用信号,频谱分析就会存在失真。
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频谱分析是观察和测量信号幅度和信号失真的一种快速方法,其显示结果可以直观反映出输入信号的傅立叶变换的幅度。信号频域分析的测量范围较其宽广,**过140dB,这使得频谱分析仪成为适合现代通信和微波领域的多用途仪器。频谱分析实质上是考察给定信号源,天线,或信号分配系统的幅度与频率的关系,这种分析能给出有关信号的重要信息,如稳定度,失真,幅度以及调制的类型和质量。利用这些信息,可以进行电路或系统的调试,以提率或验证在所需要的信息发射和不需要的信号发射方面是否符合不断涌现的各种规章条例。
现代频谱分析仪已经得到许多综合利用,从研究开发到生产制造,到现场维护。新型频谱分析仪已经改名叫信号分析仪,已经成为具有重要价值的实验室仪器,能够快速观察大的频谱宽度,然后*移近放大来观察信号细节已受到的高度重视。在制造领域,测量速度结合通过计算机来存取数据的能力,可以快速,和重复地完成一些较其复杂的测量。
有两种技术方法可完成信号频域测量(统称为频谱分析)。
1.FFT分析仪用数值计算的方法处理一定时间周期的信号,可提供频率;幅度和相位信息。这种仪器同样能分析周期和非周期信号。FFT的特点是速度快;精度高,但其分析频率带宽受ADC采样速率限制,适合分析窄带宽信号。
2.扫频式频谱分析仪可分析稳定和周期变化信号,可提供信号幅度和频率信息,适合于宽频带快速扫描测试。
FFT分析仪能够完成多通道滤波器式同样的功能,但*使用许多带通滤波器,它使用数字信号处理来实现多个立滤波器相当的功能。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,FFT分析仪具有取样频率,FFT的频率范围是0Hz到128KHz。若N=1024,则频率分辨力将是,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时间记录中的取样点数N,这也FFT输出的节点数。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。
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FSU3频谱分析仪优异的射频性能一直是罗德与施瓦茨频谱仪的主要特点。R&SFSU继续保持这个传统,提供了如下的射频性能:
FSU3频谱分析仪射频性能:
FSU3频谱分析仪到3.6GHz的总电平不确定度为0.3dB
FSU3频谱分析仪到-70dB时的线形度误差小于0.1dB
FSU3频谱分析仪电平精度:
FSU3频谱分析仪显示平均本地噪声:-158 dBm(归一化到1 Hz),无预放
FSU3频谱分析仪单边带相位噪声typ. -123 dBc/Hz @ 10 kHz 偏移, 中心频率640 MHz
FSU3频谱分析仪单边带相位噪声typ. -160 dBc/Hz @ 10 MHz 偏移, 中心频率640 MHz
FSU3频谱分析仪三阶互调截断点(TOI):典型值+25 dBm
1dB压缩点:+13dBm
WCDMA邻信道泄漏功率(ACLR)动态范围为.5 dB,打开噪声修正之后可达84 dB
IQ下变频器:
FSU3频谱分析仪中频A/D转换的精度为14bit,采样率32MHz(中频频率为20.4MHz)
IQ存储器容量为2x512 k采样点
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