RF-fundamentals 頻譜分析基礎(chǔ)

May9-11,2011TrinityProductChampionTraining-TektronixConfidential1射頻基礎(chǔ)知識(shí)2011銷售大學(xué)預(yù)習(xí)資料May9-11,2011TrinityProductChampionTraining-TektronixConfidential2示波器測(cè)量幅度相對(duì)于時(shí)間的變化Af=1/TAmplitudeTime簡(jiǎn)單例子:正弦波縱軸表示幅度橫軸表示時(shí)間頻率表示單位時(shí)間內(nèi)的周期個(gè)數(shù)May9-11,2011TrinityProductChampionTraining-TektronixConfidential3頻譜分析儀測(cè)量幅度（功率）相對(duì)于頻率的變化A/sqrt(2)RMSAmplitude(Power)T=1/fFrequency簡(jiǎn)單例子：正弦波縱軸代表幅度的有效值橫軸代表頻率頻譜分析儀在某一時(shí)刻只測(cè)量感興趣的一定范圍的頻率，其他頻率成分濾除掉，從效果上看是特定頻率的功率計(jì).May9-11,2011TrinityProductChampionTraining-TektronixConfidential4同一信號(hào)的兩種不同觀測(cè)結(jié)果請(qǐng)記住-電子是不知道會(huì)被什么儀器測(cè)量的

正弦波是最簡(jiǎn)單的例子May9-11,2011TrinityProductChampionTraining-TektronixConfidential55稍微復(fù)雜一些的例子方波實(shí)際是很多正弦波疊加的結(jié)果時(shí)域觀測(cè)頻域觀測(cè)May9-11,2011TrinityProductChampionTraining-TektronixConfidential6timeAmplitude(power)frequency時(shí)域:正弦波的疊加頻域:一組獨(dú)立的正弦信號(hào)所有復(fù)雜信號(hào)都可以看做是一組正弦波的組合傅里葉分析描述相等的測(cè)試2/5/2023RFFundamentalsTraining77更多例子周期性脈沖波調(diào)幅信號(hào)瞬態(tài)信號(hào)脈沖信號(hào)May9-11,2011TrinityProductChampionTraining-TektronixConfidential8為什么需要在頻域分析信號(hào)?噪聲Noise所有的有源電路均會(huì)產(chǎn)生噪聲，這些噪聲在多大程度上會(huì)影響整個(gè)設(shè)計(jì)?噪聲從哪里來?(EMI)信噪比測(cè)量失真Distortion在示波器上看到的很干凈的正弦波可能包含在時(shí)域波形中不易察覺的諧波成分，但在頻域很容易看到通信Communications現(xiàn)代無線通信技術(shù)多基于頻域分配頻段通信信道需要確定占用帶寬，調(diào)制質(zhì)量等特性ModulationNoiseDistortionMay9-11,2011TrinityProductChampionTraining-TektronixConfidential9示波器FFT典型的分析方式是DC到(1/2采樣率)Hz重要的頻譜分析概念

中心頻率和分析范圍CenterFrequencyandSpan頻譜分析儀的典型方法是設(shè)定一個(gè)中心頻率CF(因?yàn)樗谄聊伙@示的中心)通常是載波頻率在中心頻率兩側(cè)可以觀測(cè)的頻率區(qū)域稱作頻率范圍SPANSpanCenterFrequencyMay9-11,2011TrinityProductChampionTraining-TektronixConfidential10分辨率帶寬RBW定義了在頻域多小的一個(gè)頻率可以被分辨出來在分辨率帶寬內(nèi)，所有功率被看做是同一頻率成分的功率如果兩個(gè)載波間的頻率差是1KHz，只有分辨率帶寬RBW小于1KHz時(shí)才能區(qū)別出它們重要的頻譜分析概念

分辨率帶寬(RBW)同一信號(hào)的兩種顯示速度和分辨率帶寬的關(guān)系RBW越低(越窄)計(jì)算速度越慢，但頻率分辨更細(xì)同時(shí)底噪更低RBW越高(越寬)計(jì)算速度越快，但頻率分辨率變粗底噪更高寬RBW窄RBWMay9-11,2011TrinityProductChampionTraining-TektronixConfidential1111示波器使用線性坐標(biāo),通常是伏/格頻譜分析儀常使用對(duì)數(shù)坐標(biāo)，表示為dBx(關(guān)于‘x’后面有更多介紹)什么是dB?dB是兩種功率電平間的比例關(guān)系表達(dá)式0dB表示1:110dB表示10:120dB表示100:130dB表示1000:1為什么使用對(duì)數(shù)坐標(biāo)代替線性坐標(biāo)?使微小信號(hào)能夠和大信號(hào)顯示在同一坐標(biāo)系下(更高的動(dòng)態(tài)范圍)如果信號(hào)在示波器顯示中下降3個(gè)格，幅度損失30%如果信號(hào)在頻譜分析儀上下降3個(gè)格(在10dB/div),它損失了99.9%幅度(信號(hào)比原來減小了1,000倍)重要的頻譜分析概念

對(duì)數(shù)坐標(biāo)dB=10log(P2/P1)P1

和P2

是功率值May9-11,2011TrinityProductChampionTraining-TektronixConfidential1212什么是dBm?如前所述,dB表示兩種功率值的比值dB之后的字符表示比較的參考標(biāo)準(zhǔn)是什么dBm參考標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)毫瓦30dBm=1W20dBm=0.1W10dBm=10mW0dBm=1mW-10dBm=0.1mW-20dBm=10μWdBmV

參考的是一個(gè)毫伏dBμV

參考的是一個(gè)微伏dBmA參考的是一個(gè)毫安dBμA參考的是一個(gè)微安dBμW參考的是一個(gè)微瓦重要的頻譜分析概念

dBm,dBc什么是dBc?dBc還是指兩個(gè)功率值的比值比較的參考是載波的功率而不是一個(gè)固定的數(shù)值30dBc=載波大小的1000倍20dBc=載波大小的100倍10dBc=載波大小的10倍0dBc=載波大小的1倍-10dBc=載波大小的10分之一-20dBc=載波大小的100分之一dBm是絕對(duì)測(cè)量值dBc是相對(duì)測(cè)量值2/5/2023RFFundamentalsTraining13dB也可以用來計(jì)算電壓計(jì)算功率略有不同13重要的頻譜分析概念

功率vs電壓計(jì)算dB=20log(V2/V1)whereV1andV2areinVoltsdB=10log(P2/P1)whereP1andP2arepowerinWattsdB變化功率變化電壓變化+20dB100x10x+10dB10x~3.2x+6dB4x~2x+3dB2x~1.4x-3dB0.5x~0.7x-6dB0.25x~0.5x-10dB0.1x~0.3x-20dB0.01x0.1x技術(shù)要點(diǎn):

功率Power每3dB的變化代表一倍或一半功率的變化

每10dB的變化代表10x倍功率變化

電壓Voltage

每6dB的變化代表一倍或一半的電壓變化

每20dB的變化代表10x倍電壓變化請(qǐng)注意：功率變化時(shí)電壓變化的平方(這就是在電壓公式中前面有2倍的原因)May9-11,2011TrinityProductChampionTraining-TektronixConfidential1414示波器規(guī)定的帶寬是指從DC直流到-3dB點(diǎn)的頻率頻譜分析儀使用頻率范圍定義這個(gè)范圍之內(nèi)的頻率可以分析在這個(gè)范圍內(nèi)頻帶是平坦的而不像示波器會(huì)滾降通常從9kHz或100kHz開始到幾個(gè)GHz頻譜分析儀的前端一般不能像示波器一樣接收直流信號(hào)重要的頻譜分析概念

輸入信號(hào)頻率范圍30%在頻率到達(dá)-3dB點(diǎn)(帶寬點(diǎn)）時(shí)

，測(cè)量得到的信號(hào)幅度有30%的衰減Frequency10%20%3%Amplitude重要的頻譜分析概念

參考電平示波器使用Volts/div進(jìn)行控制用戶調(diào)節(jié)示波器，設(shè)定希望觀測(cè)信號(hào)時(shí)使用的幅度示波器調(diào)整通道前端衰減/放大倍數(shù)到合適的值，使示波器的全屏幕顯示（如10div）能夠充分利用A/D轉(zhuǎn)換器的有效范圍參考電平是頻譜分析儀類似的控制功能告知頻譜分析儀信號(hào)會(huì)有多大通常通過RF通道的衰減設(shè)置控制與示波器的volts/div控制不同，通常會(huì)預(yù)留一定的空間(4-6dB)防止在有多個(gè)頻點(diǎn)與參考電平到達(dá)同樣功率是出現(xiàn)的削波一些頻譜分析儀允許參考電平和衰減單獨(dú)控制通常以dBm為單位還可以使用以下單位：dBmV,dBμV,dBmA,dBμA,dBμW通常參考電平位于屏幕網(wǎng)格的最上方可能具有垂直位置控制，在用戶需要時(shí)在垂直方向上移動(dòng)2/5/2023RFFundamentalsTraining15May9-11,2011TrinityProductChampionTraining-TektronixConfidential1616動(dòng)態(tài)范圍是在測(cè)量一個(gè)大信號(hào)時(shí)同時(shí)可以觀測(cè)微弱信號(hào)的能力‘雜散峰值’是低幅度信號(hào)，用戶可能關(guān)心也可能不關(guān)心SFDR無雜散動(dòng)態(tài)范圍很關(guān)鍵，因?yàn)樗褂脩袅私饪吹降碾s散峰值是否是真實(shí)信號(hào)的一部分簡(jiǎn)單地說，如果信號(hào)上升進(jìn)入SFDR，它來自與真是信號(hào)SFDR之下的信號(hào)可能是實(shí)際有的，也可能來自于測(cè)試儀器本身為了準(zhǔn)確測(cè)量信號(hào)，由頻譜分析儀帶來的信號(hào)失真必須控制在測(cè)量水平之下重要的頻譜分析概念

無雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)載波Carrier雜散Spurs(實(shí)際存在嗎l?)什么是SFDR?May9-11,2011TrinityProductChampionTraining-TektronixConfidential17我們關(guān)心兩種雜散（Spurs）–輸入相關(guān)的雜散和殘留雜散輸入相關(guān)的雜散（spurs）是那些由于輸入信號(hào)和頻譜分析儀相互干擾造成的如果輸入信號(hào)移除，這些雜散消失重要的頻譜分析概念

無雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)通常是由于信號(hào)與頻譜分析儀的信號(hào)混頻造成的指標(biāo)給出了2次3次諧波失真和2次3次交調(diào)失真殘留雜散（spurs）是由儀器和環(huán)境帶來的在輸入信號(hào)移除后還會(huì)存在通常由內(nèi)部噪聲源如時(shí)鐘、晶振等，或者是屏蔽不好帶來的外部噪聲表示為ResidualResponseMay9-11,2011TrinityProductChampionTraining-TektronixConfidential1818DANL表示頻譜分析儀有多低的噪聲也被稱作底噪noisefloor在沒有輸入情況下測(cè)量單位是dBm/Hz可視噪聲是由RBW分辨率帶寬設(shè)定值決定的噪聲是寬帶信號(hào)縮窄RBW設(shè)定會(huì)降低顯示噪聲水平重要的頻譜分析概念

顯示平均噪聲電平(DANL)降低RBW=降低Noise

每降低10倍RBW同時(shí)降低10倍噪聲May9-11,2011TrinityProductChampionTraining-TektronixConfidential19ModernFFTBasedAnalyzersSteppedSpectrumAnalyzer掃頻式頻譜分析儀OscilloscopeAttenuatorInputLow-PassYIGPre-SelectorSweepGeneratorSweptTunedLocalOscillatorResolutionBandwidthFilterEnvelopDetector(SLVA)VideoBandwidthFilterDisplayYXRFDown-ConverterAttenuatorInputLow-PassBand-PassLocalOscillatorIFFilterDigitalFilterDisplayRFDown-ConverterX-Y…MemoryMicro-ProcessorADCAcquisitionBandwidthPostCaptureProcessingInputDigitalFilterDisplayX-Y…MemoryMicro-ProcessorADC前端硬件重要的頻譜分析概念

捕獲帶寬捕獲帶寬是儀器一次采集能夠獲得的頻譜范圍捕獲帶寬BW=RBW捕獲帶寬通常為10MHz,最高可以做到140MHz捕獲帶寬BW=示波器BW(有滾降）2/5/2023RFFundamentalsTraining20當(dāng)測(cè)量頻率范圍大于儀器的捕獲帶寬時(shí)，用戶需要看到的頻譜不能通過一次捕獲得到例如

–100MHz頻率分析范圍在一個(gè)10MHz捕獲帶寬的階段型捕獲頻譜分析儀中需要10次獨(dú)立的捕獲過程，之后通過拼接獲得全部100MHz的頻譜顯示這就是為什么傳統(tǒng)的頻譜分析儀不能很好地處理現(xiàn)代寬帶RF信號(hào)和瞬態(tài)RF事件的原因當(dāng)感興趣的事件發(fā)生時(shí)，儀器正在捕獲其他的頻段重要的頻譜分析指標(biāo)

捕獲帶寬為什么捕獲帶寬很重要?復(fù)習(xí)測(cè)試1頻譜分析儀主要顯示…

A幅度vs時(shí)間 B頻率vs時(shí)間 C幅度vs頻率 D以上都不是2下面的敘述正確的是？A所有復(fù)雜的信號(hào)可以看成是一組正弦波的組合B方波實(shí)際是很多正弦波疊加的結(jié)果C一個(gè)時(shí)域上的脈沖信號(hào)在頻域是有全部頻率組成的D以上都是3下面的敘述錯(cuò)誤的是？A在掃頻式頻譜儀中，捕獲帶寬=分辨率帶寬B步進(jìn)式頻譜儀通常捕獲帶寬為1GHz或更高C捕獲帶寬是一次采集可以獲得的頻譜范圍D現(xiàn)代的射頻應(yīng)用需要越來越寬的捕獲帶寬00/00/2007(EditinView>HeaderandFooter)PresentationTitle(EditinView>HeaderandFooter)21復(fù)習(xí)測(cè)試4下面的敘述不正確的是？A

RBW決定了在頻域中多小頻率的信號(hào)可以分辨出來B

更?。ǜ蚋停┑腞BW，頻譜儀工作更快但頻率分辨率更低C在RBW之內(nèi)的所有頻率分量看上去只有一個(gè)頻率D更大（更寬或更高）的RBW有更高的噪聲電平5下面的敘述正確的是？A

dBm是絕對(duì)測(cè)量值而dBc是相對(duì)值B

dBm和dBc都是絕對(duì)值C

dBm和dBc都是相對(duì)值D

dBm是相對(duì)測(cè)量值而dBc是絕對(duì)值00/00/2007(EditinView>HeaderandFooter)PresentationTitle(EditinView>HeaderandFooter)