頻譜分析儀講ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-31 18:04 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 分析儀性能指標(biāo) ? 頻譜分析儀有以下主要性能指標(biāo)： ? 濾波器特性 ? 相位噪聲 ? 接收機(jī)的固有噪聲 ? 系統(tǒng)非線性 ? 1dB壓縮點(diǎn) ? 動(dòng)態(tài)范圍 ? 測(cè)量精度 ? 下面就這些指標(biāo)分別討論 （ 1）分辯濾波器特性 ? 中頻濾波器需要矩形濾波器，但對(duì)頻譜分析儀而言，矩形濾波器的瞬態(tài)響應(yīng)是不合適的。由于這樣的濾波器與較長(zhǎng)的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間，輸入信號(hào)的頻譜應(yīng)通過十分緩慢的本振調(diào)諧變到中頻儀避免幅度誤差。使用優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)的高斯濾波器可以獲得較短的測(cè)試時(shí)間 ? 濾波器的特性常以波形系數(shù)來定義： SF＝ BW（ 60dB） /BW(3dB) 失真產(chǎn)物 （ 2）相位噪聲 ? 相位噪聲是振蕩器短時(shí)間穩(wěn)定度的度量參數(shù) ,盡管我們看不到頻譜分析儀LO系統(tǒng)的實(shí)際頻率抖動(dòng)，但 LO頻率或相位不穩(wěn)定的表現(xiàn)是可以觀察到的，這就是相位噪聲 ? 相位噪聲通常是以一個(gè)單載波的幅度為參考，并偏移一定的頻率下的單邊帶相位噪聲。這個(gè)數(shù)值是指在 1Hz帶寬下的相對(duì)噪聲電平，故其單位為dBc(1Hz)或 dBc/Hz,c表示載波，由于相位噪聲電平比載波電平低，所以定義為負(fù)值 ? 相位噪聲主要影響頻譜分析儀的分辨率和動(dòng)態(tài)范圍 噪聲邊帶 （ 3）分析儀的固有噪聲 ? 固有噪聲可以理解為頻譜分析儀的熱噪聲。固有噪聲會(huì)導(dǎo)致輸入信號(hào)信噪比的惡化。所以固有噪聲是頻譜分析儀靈敏度的度量指標(biāo)，決定了頻譜分析儀的最小可檢測(cè)電平 ? 指標(biāo)中的顯示噪聲平均電平必須對(duì)應(yīng)相應(yīng)的分辨率帶寬和衰減器設(shè)置，因?yàn)檫@兩個(gè)指標(biāo)對(duì)顯示的噪聲電平都有影響。典型情況下是設(shè)置衰減器為 0dB和最小分辨率帶寬 ? RF衰減器設(shè)置和 RBW對(duì)設(shè)置對(duì)顯示噪聲本底影響見下圖 減小帶寬 = 降低噪聲 10 dB 10 kHz RBW 1 kHz RBW 10 dB 100 kHz RBW （ 4） IF濾波器帶寬對(duì)噪聲電平的影響 10 dB 信號(hào)電平 （ 5） RF輸入衰減對(duì)噪聲電平的影響 10dB衰減 20dB衰減 （ 6）接收機(jī)的非線性特性 ? 由于頻譜分析儀中含有半導(dǎo)體器件，所以存在非線性。然而頻譜分析儀要求無(wú)失真顯示被測(cè)輸入信號(hào)，所以線性特性是頻譜分析儀必須的性能參量，對(duì)于單正弦波信號(hào)輸入的情況，由于存在非線性，會(huì)產(chǎn)生各次諧波，對(duì)于輸入信號(hào)是兩個(gè)幅度相等的正弦波信號(hào)的情況，除了產(chǎn)生諧波之外，同時(shí)也有互調(diào)產(chǎn)物，互調(diào)產(chǎn)物的階數(shù)是所含頻率各次項(xiàng)之和 ? 頻譜儀的線性主要由混頻器和中頻放大器決定，而輸入射頻衰減器實(shí)際上對(duì)線性是沒有影響的。如果由射頻衰減器改變混頻器的輸入電平，頻譜儀產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物電平將依其階數(shù)變化，而 DUT產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物電平保持不變。所以調(diào)節(jié)衰減器可以判斷頻譜儀顯示的互調(diào)產(chǎn)物的來源：如果增加 RF衰減，而諧波和互調(diào)產(chǎn)物的相對(duì)電平保持不變，說明失真來自DUT， 測(cè)量結(jié)果正確；如果諧波和互調(diào)產(chǎn)物的相對(duì)電平有變化，則說明有部分失真來自頻譜分析儀內(nèi)部，測(cè)量結(jié)果不正確 ? 頻譜儀常用截止點(diǎn)（ ） 和 1dB壓縮點(diǎn)來表征分析儀的非線性特性 0dB 20dB 40dB 60dB 80dB 100dB 60dB 30dB 0dB 二次諧波 三階互調(diào) 混頻器二次諧波和三階互調(diào) 20dB 40dB 60dB 80dB 100dB 60dB 30dB 0dB 0dB RBW=100Hz顯示噪聲 RBW=1K顯示噪聲 信噪比示圖 20dB 40dB 二次諧波 60dB 三階互調(diào) 80dB RBW=1K顯示噪聲 100dB 60dB 30dB 0dB 混頻器最佳工作區(qū) 混頻器最佳工作區(qū) （ 7）動(dòng)態(tài)范圍 ? 動(dòng)態(tài)范圍是頻譜分析儀同時(shí)處理不同電平信號(hào)的能力。動(dòng)態(tài)范圍的限值依賴于實(shí)際所要進(jìn)行的測(cè)量，動(dòng)態(tài)范圍下限是由自然噪聲或相位噪聲決定的，動(dòng)態(tài)范圍的上限是由 1dB壓縮點(diǎn)或由頻譜儀過載而造成的失真決定的 ? 最大動(dòng)態(tài)范圍通常是在最小分辨率帶寬情況下，顯示的噪聲做為下限， 1dB壓縮點(diǎn)作為上限。如果達(dá)到第一級(jí)混頻器的輸入電平高出 1dB壓縮點(diǎn)，那么將產(chǎn)生混頻器的非線性失真，使用較小的 RBW時(shí)，失真產(chǎn)物就會(huì)明顯地顯示出來（他們不會(huì)被噪聲淹沒），此時(shí)的頻譜測(cè)量就不能明確反映被測(cè)設(shè)備的真實(shí)頻譜 頻譜分析儀動(dòng)態(tài)范圍 ? 頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)是表征頻譜儀同時(shí)測(cè)量大小信號(hào)的能力，用最大信號(hào)與最小信號(hào)之比的 dB值表示。 （ 1）混頻器的內(nèi)部失真 限制了最大信號(hào)電平 （ 2）內(nèi)部噪聲電平 限制了最小信號(hào)電平 （ 3）本振相位噪聲 限制了測(cè)量近端微弱信號(hào)的能力 根據(jù)上述分析，頻譜儀在使用時(shí)要注意上述影響因素，以獲得較大的動(dòng)態(tài)范圍。通常，頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍為 70120dBc。 （ 8）測(cè)量精度 ? 頻譜儀測(cè)量精度分為頻率測(cè)試精度和幅度測(cè)量精度 ? 頻率精度：頻譜儀的本振通過鎖相環(huán)同步到一個(gè)穩(wěn)定的參考振蕩器上，頻譜分析儀的頻率精度也就是參考源的精度，并且受參考源的溫度和長(zhǎng)期穩(wěn)定度的影響。參考源通常采用溫度補(bǔ)償晶體振蕩器和箱控晶體振蕩器，產(chǎn)生的參考頻率收到環(huán)境溫度和操作期間老化的影響 ? 幅度測(cè)量精度：其誤差來源主要有頻率響應(yīng)，衰減器誤差，中頻增益誤差，線性誤差，帶寬切換誤差和失配誤差 Specifications Accuracy: Frequency Readout Accuracy Example Single Marker Example: 2 GHz 400 kHz span 3 kHz RBW Calculation: (2x10 9 Hz) x ( 7 /) =260 Hz 1% of 400 kHz span=4000 Hz 15% of 3 kHz RBW=450 Hz 10 Hz residual error=10 Hz Total = 4720 Hz Accuracy: Relative Amplitude Accuracy Freq. ResponseSpecification: 177。 1 dB Signals in the Same Harmonic Band 頻譜分析儀靈敏度 ? 靈敏度是表示接收微弱信號(hào)的能力，而限制接收機(jī)靈敏度提高的主要因素是內(nèi)部噪聲電平。頻譜儀在不加任何信號(hào)時(shí)也會(huì)顯示噪聲電平，這個(gè)平均噪聲電平 DANL（Displayed Average Noise Level）通常稱為本底噪聲（ Noise Floor）。本底噪聲在頻譜圖中表現(xiàn)為接近顯
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