一张图看懂频谱分析仪基础知识
测试那些事儿 2022-09-26

说到频谱分析仪很多资料中都会出现下面这张图

频域:是描述信号在频率方面特性时用到的一种坐标系。

频谱:频率的分布曲线,复杂振荡分解为振幅不同和频率不同的谐振荡,这些谐振荡的幅值按频率排列的图形叫做频谱。

从频谱上可以直接获取的信息:

1、信号包含的频率成份;

2、信号各频率成份的幅度;


频谱的用途:通过观察信号的频谱,可以帮我们找出产生该信号的设备的问题或者特性。

频谱分析仪按工作原理分可分为:傅立叶式频谱分析仪

和 扫频式频谱分析仪

频谱分析仪可以测量功率、频率、调制、噪声和失真。


为什么要了解一个信号的频谱成分?也就是为什么要进行频谱分析。

有些系统原本就与频域有关,例如电信系统使用的FDM频分复用,广播电台也采用频域多用方式。在这些限制带宽的系统中,了解一个信号的频谱成分就显得很重要。


为什么要测量功率?

对于一个发射机而言,如果设计的发射功率太小就不能达到目的地,如果设计的发射功率过大,又会引起高能耗、高温升、失真等问题。因此功率测量在系统验证时会常常用到。


什么是调制调制与解调?

调制:将各种基带信号转换成适于信道传输的调制信号(已调信号或频带信号);

解调:在接收端将收到的频带信号还原成基带信号。


为什么要调制?

调制的目的有以下三个:

1、将基带信号变换成适合在信道中传输的已调信号

2、改善系统的抗噪声性能

3、实现信道的多路复用


为什么要测量调制?

在调制系统中,为了保证系统工作正常,信号被正确的发送(有效性),需要对调制质量(可靠性)进行测量。


调制测量有哪些项目?

模拟调制:调制深度, 边带功率, 载波功率,调制效率, 占用带宽

数字调制:误差矢量幅度(EVM), IQ不平衡(IQ imbalance),相位误差(phase error versus time)


什么是失真?

电子系统中所使用的许多电路都认为是线形电路。这意味着,对于正弦波输入,输出也是或许有不同幅度和相位的正弦波。在时域中,用户指望看到与输入波形形状精确相同的输出波形。在频率中,我们指望看到输出应具有与输入相同的频率(且只有该频率)。由输入信号产生的任何其他频率都视为失真。


为什么要测量失真?


1、谐波失真

最大谐波

相对谐波失真

总谐波失真THD:基波的百分数

 

2、互调失真

当输入两个不同频率的正弦波到非线性,输出除了这个两个信号以及他们的谐波外,还有谐波的和频和差频,这些新频率分量称为互调失真。


与原始信号接近的失真最难处理,因为失真分量落在“频带内”。


测量的量有三阶互调失真、截获点等。

 

3、邻近信道功率比ACPR


ACPR度量了干扰或者说是相邻频率信道功率的大小。通常定义为相邻频道(或偏移)内平均功率与发射信号频道内的平均功率之比,ACPR描述了由于发射机硬件非线性造成的失真大小。

4、杂散辐射

spurious emissions汉语叫“杂散辐射”或者“杂散发射”,指的是在模拟信号处理的过程中,经过频率变换和信号放大,会产生一些无用的信号,这些无用信号有些是有用信号的n次谐波,有的是在混频时产生的副产品。这样就造成了在输出信号的频谱上除了有用信号外,在其他频率上还有一些比较小的信号(如果设计的太差的话,没用的信号有时会比有用的信号还大),就像毛刺一样,这种东西也会随着有用信号从天线辐射出去,所以形象的叫做“杂散辐射”。


测量噪声


噪声功率谱密度

等效噪声带宽


分贝又是什么?


dB

  分贝(dB)是借助于功率比来定义的:

  A(dB) = 10log(P1/P2) = 20log(V2/V1)

 

dBm

  P = 10log(P/PREF)

  V= 20log(V/VREF)

  频谱和网络测量最常用的功率参考值是1mW,结果用dBm表示。

  P(dBm) = 10log(P/0.001)


分贝的用途?

分贝用来以对数方式确定功率的比值和电压的比值。也可以通过适当的参考值来确定绝对值。分贝常用于电子系统中增益和损耗的计算。


为什么要用dB?

1、对数方式压缩大范围变化的信号电平。

2、在增益和损耗的计算时,乘法运算变成较方便的加法运算。



使用对数幅度坐标的好处?


在同样屏幕分辨率下,可以同时观察很大和很小的值。

例如:1V信号和10uV信号都能出现在动态范围为100dB的显示器上,

而用线性刻度则不可能以清晰的图形同时显示这两个信号。



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