4402B頻譜儀安捷倫

頻譜分析儀的應(yīng)用及測試技巧的原理分析TheoryoftestskillsandApplicationofSpectrumAnalyzer房雪蓮Fang>melian深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與信息1：程學(xué)院 SchoolofElectronics&InformationEngineering廣東深圳51S055 ,ShenZhenPolytechnicShenZhen,GuangDong51S055摘要：本文以安捷倫射頻頻譜分析僅E4402B為例,介紹J'頻漕分析儀的I：作原理以及其在射頻小信號測試中的操作方法和成用技巧。關(guān)鍵詞：頻漕分析儀：分辨率帶寬：視頻帶寬：基波分量：諧波中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：BAbstract：Inthethesis,theauthorintroduceshowSpectruaAnalyzerworksandoperationalapproachandskillsoftestingforradiosmallsignal.TheauthoralsotakesAgilentspecrumanalyzerE4402Basanexample.keyword：SpectruaAnalyzer：ResolutionBandwidth(RBW)；VideoBandwidth(VBW)：FundamentalWave：HarmonicsCLCnuaber：Documentcode：B信號的測量可以從頻域和時間域兩個方面進(jìn)行.頻譜分析儀就是進(jìn)行信號頻域測量即頻漕分析的儀器設(shè)備；頻譜分析儀從頻譜測試的實現(xiàn)技術(shù)上區(qū)分為兩類：快速傅立葉變換(FFT)分析儀和掃頻式頻譜分析儀。FFT分析儀使用數(shù)值計算的方法處理一定時間周期的信號,可提供頻率.幅度和相位信息.對周期信號和非同期信號均能分析。FFT分析僅的特點是速度快、精度高：局限性是其分析頻率的帶寬受到數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)采樣速率限制.所以適合分析窄帶信號掃頻式頻譜分析儀可分析說定和周期變化信號.提供信號幅度和頻率信息.適合寬頻帶寬的快速掃描測試，Agilent的ESA系列經(jīng)濟性頻譜分析儀采用掃頻式原理完成信號的頻域測試.主要功能是分辨輸入信號中各個頻率成份并測量各頻率成份的頻率和功率。本文將主要討論掃頻式頻譜分析僅的I：作原理儀及應(yīng)用技巧?1 掃頻式頻譜分析儀介紹1.1 掃頻式頻譜分析儀1：作原理掃描調(diào)諧頻譜分析中采用超外差方式.能提供寬的頻率覆蓋范圍,同時允許在中頻(IF)進(jìn)行信號處理。分析儀的原理框圖［1］如圖：輸入信號進(jìn)入頻譜儀以后與本振(L0)混頻.當(dāng)混頻后的信弓頻率等丁?中頻(IF)時.該信號送到檢波器，檢波器輸出視頻信號通過放大、采樣、數(shù)字化后決定CRT顯示信號的垂宜電平。掃描振蕩器控制CRT顯示的水平頻率軸和本振調(diào)諧I可步.I可時驅(qū)動水平CRT偏轉(zhuǎn)和調(diào)諧本振(L0).頻譜分析儀依靠中頻濾波器分辨?zhèn)漕l率成份.檢波器測址信號功率，依靠本振和顯示橫坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系得到信號頻率值。RF輸入衰減器RF低通濾波中頻濾波視頻濾波顯示結(jié)果掃描控制器參考振蕩器本振混頻器檢波器對數(shù)放大器圖1 掃描式頻譜分析儀組成框圖中頻放大器頻譜分析儀的主要組或部分如下：輸入衰減器：頻漕儀中的第一級處理.功能是保證頻譜僅在寬頻范圍內(nèi)保持艮好匹配特性.并保護混頻及其它中頻處理電彌頻譜儀I:作時.中頻放大器增益和衰減器設(shè)定值連動工作.所以輸入信號的顯示電平并不發(fā)生變化?；祛l器：完成信號的頻譜撤移.將不同頻率輸入信號變換到相應(yīng)頻率。在變頻處理中需要采取一定的手段解決銳相及其它干擾問題。中頻沌波器：這是頻譜分析儀中的關(guān)鍵部分,其功能是分辨不同頻率信號。中頻濾波器的帶寬和形狀將影響頻漕儀的許多關(guān)鍵指標(biāo).例如測量分辨率.測量靈敏度、測量速度以及測堆精度等。檢波器：檢波器的功能是將輸入信號轉(zhuǎn)換為視頻電任，該電樂（ft對應(yīng)輸入信號功率.不同特性的輸入信號（例如正弦信號、噪音信號、隨機調(diào)制信號等〉需采用不同檢波方式才能準(zhǔn)確測出該信號功率。視頻濾波器：視頻濾波器對檢波器輸出視頻信號進(jìn)行低通濾波處理,減小視頻帶寬可對頻譜顯示中的噪聲抖動進(jìn)行平沉從而M小顯示噪聲的抖動范圍。這有利于頻譜儀在測試過程中發(fā)現(xiàn)被噪聲淹沒的小功率連續(xù)信號.還可提高測量的可重復(fù)性。1.2頻譜分析儀基本性能指標(biāo)頻譜分析儀的基本性能指標(biāo)主要包括以下幾方面：a頻率指標(biāo)：測量頻率范圍：反映頻譜僅測量信號范圍能力.頻譜分析儀的測呈頻率范圍由其本振范圍決定：頻率分辨率：反映頻諾分析儀分辨兩個頻率間隔信號的能力，頻譜分析儀的頻率分辨率與其內(nèi)部的中頻濾波器和本振性能有關(guān)：b幅度指標(biāo)：靈敏度：頻譜分析儀發(fā)現(xiàn)小信號的能力。頻譜分析僅的靈域度定義為在一定分辨帶寬下所顯示的平均噪聲電平。頻譜分析儀靈敏度與RBW（中頻帶寬即分辨率帶寬）.W（視頻帶寬）、衰誠器設(shè)值有關(guān)；內(nèi)部失真：反映頻譜分析僅測量大信號的能力。頻譜分析儀的內(nèi)部失真是由頻譜儀的混頻電路和其他處理過程的北線性作用引起的：動態(tài)范圍：頻譜分析儀同時分析大信號和小信號的能力.例如當(dāng)頻譜分析儀在個lOdBn:的大信號時，其靈敏度和失其指標(biāo)能否保證頻譜分析儀還可測試TOOdBm的朵散信號。要保證頻譜分析儀具有最大的動態(tài)測試范圍.需要設(shè)定最佳混頻器1：作電平，此時儀器內(nèi)部產(chǎn)生的任何失真產(chǎn)物低于噪聲電平.將不被顯示出來。c分析精度：包括頻率測址精度和幅度測量精度。頻率測貧精度與本振信號頻率和中頻濾波器相關(guān)：幅度測量精度則會受到設(shè)備精度的每個環(huán)節(jié)的影響。d測童速度：頻譜分析儀的測量速度與掃寬、中頻濾波器帶寬值、視頻濾波器帶寬值相關(guān)。1.3頻譜分析儀應(yīng)用以及測量功能頻譜分析儀是有線電視領(lǐng)域中的常用測試設(shè)備之一，也可使用在放大器、混頻器、振蕩器、電纜等器件和系統(tǒng)的參數(shù)性能測試中，還可以進(jìn)行電磁干擾（EMI）測試。以AgilentESA系列頻譜分析儀為例.可以進(jìn)行如下測試：a）調(diào)制信號功率參數(shù)（平均功率、功率譜密度.鄰道功率比ACPR、信號頻率占用帶寬測量.互補累計分布函數(shù)CCDF、包絡(luò)波形）測量：Measure\Mea3Setup\GiannelPowerb） 瞬變信號例如放大器的自激信號測量：c） 信號相位參數(shù)（相位噪聲、相位抖動、寄生調(diào)頻）?.例如對振蕩器、信號源的單邊帶相位噪聲進(jìn)行?:d） 選時分析：e） CATV信號測試：f） 配置跟蹤源完成傳輸頻響測試、反射頻響測試、電境故障定位（上述功能類似網(wǎng)絡(luò)分析儀功能）。2 測量實例頻譜分析儀在應(yīng)用中有許多技巧.下面以小信弓的測量為例.講解小信號測量的操作步驟。以下測試技巧對提高小信號測試的靈敏度和精度大有改善。實驗內(nèi)容使用頻譜分析儀分析（AgilentE1102B）測量50MH=.-20dBm的信號基波以及二次諧波分址、三次諧波分量，實驗?zāi)康耐ㄟ^定量分析,理解頻譜分析儀分析靈敏度指標(biāo)以及提高頻譜分析儀測試靈敏度的技術(shù)方法。2.3 實驗步驟[2]首先確認(rèn)使用的頻漕分析儀滿足被測信號的頻率和功率測試要求.并且阻抗匹配（50歐姆）。使用N型連接器電纜連接被測信號到頻諾?分析儀。下面的步朦如下所列：a 頻i普分析儀初始化設(shè)置Presetb 設(shè)毀中心頻率以及掃寬Frequency/[Centerfrequency]:50MH=Hz.Span/：lMHzt此時圖形如01.gif.噪底大約為-85dBm左右。并且將中心頻率切換到100MHz以及15OMH=處.無法觀察到二次諧波分量和三次諧波分量（信號諧波淹沒在噪聲中）。圖1基波測試曲線c優(yōu)化測試基波分址：打開視頻濾波Avg/Average->0n：減小分辨率帶寬和視頻濾波器帶寬（VBW>3KH=：將參考電平設(shè)為測試峰僵：PeakSearch/MeasTools.Mkr->RefLvl?此時,實際E是或小了衰M器的衰（Amplitude/[Attenuation:man]|t|lOdB改為5dB）以及參考電平。此時測試圖形如02.gifo噪底降?j-100dBm以下。圖2 基波分量優(yōu)化測試曲線d 二次諧波分量測量：誠小分辨率帶寬CRBW）和視頻濾波器帶寬（VB初為IKHz：增大掃描點數(shù)Sweep為800點：掃寬SPAN為1OOKHz；中心頻率分別設(shè)為lOOMhz和150MHz的測試波形為03.gif和04.g￡f>等待測試楊定后將參考電平設(shè)為測試峰值：PeakSearch/MeasTools/Mkr->RefLvl：圖3 二次諧波分量洌試曲線圖4 三次諧波分量測試曲線2.4 實驗瀏試原理a） 平均視頻檢波可以準(zhǔn)確測量信號平均功率：b）當(dāng)RBW變化時，頻漕儀顯示噪聲變化規(guī)律為：顯示噪巾隨^RBWM小而減小。原因是RB官中頻帶寬減小,則到達(dá)檢波器的能量:也相阮減少.所以顯示的平均噪聲電平也降低?較寬的RB骨更能充分地反應(yīng)輸入信號的波形與振幅.但較低的RBW將更準(zhǔn)確區(qū)別不同頻率的信號。RBV的寬度與掃描時間相關(guān)聯(lián).RBW增大.掃描時間也將加快.反之亦然,所以根據(jù)被測信號具體選擇適當(dāng)?shù)腞BW在頻譜分析儀的使用中是IF?常重要的。當(dāng)VBW變化時.頻譜儀顯示噪聲變化規(guī)律為：顯示噪聲隨若VB訴減小而變得平滑。視頻帶寬(VBW)代表單一信號顯示在眸幕所需的最低頻寬。VB骨帶寬域小.可以平均噪聲起伏.雖然不能改善靈敏度.但是能改善整別力和在低信噪比情況下測量的可重復(fù)性：d)測量信號時，VB宵過與不及都將造成測量的困擾，如何選擇合適的郎訴以及VBW在測試中至關(guān)重要，通常RB環(huán)的頻寬大于或者等丁?VB嘰調(diào)整RB骨而信號振幅不再產(chǎn)生明顯的變化.此時即認(rèn)為RB育合適。e)衰減器設(shè)置影響頻漕儀靈敏度指標(biāo)的規(guī)律為：靈敏度隨衰誠器的衰誠誠小而提高。原因是：輸入衰減器減小衰減.則加到檢波器的信弓電平將增加.為r保證顯示信號幅度不變.中頻放大器的增益就要相應(yīng)減小來平衡前期的信弓放大。噪聲電平主要是受放大器的影響，所以也