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1、频谱分析仪和信号发生器实际操作基础,-仪器培训课程之四- 主讲:林胜辉,主要内容:,一、频谱分析仪的基本原理； 二、产品常用指标概念及测试方法； 三、仪器操作注意事项； 四、仪器规范性操作步骤； 五、产品实际测试演示；,一、频谱分析仪的基本原理,1、扫频式频谱仪组成框图,预选/低通滤波器,晶振,Log Amp,输入衰减器,混频器,中频滤波器RBW,检波器,视频滤波器VBW,本振,扫描控制器,中频放大,Input signal,显示器,实际的CW信号会包含其它频率成份，这些寄生频率成份在频域上分为离散和连续分布特性,2、 CW信号的频域指标,3、频谱仪的主要参数及特性：,频率显示范围 中心频率和
2、频率跨度 起始频率和终止频率 电平显示范围 REF LEL和输入ATT 频率分辨率 分辨带宽RBW、VBW 扫描时间SWP 检波方式：最大值检波、最小值检波、自动峰值检波、取样检波、均方根检波、平均值检波、准峰值检波,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,1）屏幕横轴- 频率显示范围,中心频率Center和频率跨度SPAN 起始频率和终止频率,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,2）屏幕纵轴- 信号幅度Amplitude(电平显示范围设置),2.1 参考电平Ref level、Atten、scale/div含义,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,2.2 参考电平Ref level与
3、Atten特性,中频放大,输入衰减器,一、输入衰减器作用：（第一级处理，输入Attenuator） 1、保证频谱仪在宽频范围内保持良好匹配特性； 2、保护内部混频及中频处理电路，防止损坏； 3、防止产生过大非线性失真； 二、内部输入衰减器与中频放大器保持联动关系。中频放大器 自动补偿衰减作用，输入信号测量不会受衰减器设置影响； 三、当设置ATT改变为Auto时，改变参考电平时，ATT会随之改变。,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,2.3、参考电平偏移特性,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,2.3、参考电平偏移特性,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,3）、分辨力带宽RBW,1、
4、频谱仪依靠中频滤波器来分辨不同频率信号，许多关键指标（测量分辨率、 测量灵敏度、测量速度、测量精度）都和中频滤波器的带宽和形状有关。 2、RBW为能分辨两个相邻等幅信号的能力。RBW越小，其频率分辨率越高。,3.1、RBW理解,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,3.2、RBW屏幕显示、设置,RBW自动设置状态下，与仪表扫宽SPAN联动变化,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,3.3、分辨力带宽RBW定义,.,3 dB,10 kHz,10 kHz RBW,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,3.6）、不同分辨带宽的滤波器对测试结果的影响,红色踪迹： RBW=30 kHz,蓝色踪迹：
5、 RBW= 3 kHz,红色踪迹： RBW=30 kHz,蓝色踪迹： RBW= 3 kHz,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,对等幅信号,对不等幅信号,4）、视频带宽VBW-视频滤波器,4.1 VBW理解,视频滤波器,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,4.2 VBW设置,对显示噪声有平滑作用，自动设置状态下与RBW联动变化,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,5）、扫描时间Sweep Time,5.1. 定义: 测试过程中，完成一次从起始频率到终止频率扫描所用的时间,5.2. 特性:,K-比例系数 SPAN测试频率带宽 RBW分辨率带宽 扫描时间在自动状态下，与频谱仪SPAN、
6、RBW、VBW设置有关,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,5.3 扫描时间设置对频率和电平测量误差的影响,测试结果失准!,蓝色踪迹： 电平和频率产生误差,RBW减小，频谱仪测试分辨率提高，但测试速度下降。任何测试的设置都是在这两者间折衷,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,6）、Marke读数,6.1、特性及应用 绝对值、相对值、峰值搜索、3dB带宽、ACPR、波动等测试,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,6.2、峰值搜索Peak Search,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,8）、非线性失真、杂散,8.1 最有影响的失真为二阶和三阶失真,1、任何非线性器件都会产生非线
7、性失真，不管它是由频谱仪（混频器、前置放大器等）产生失真还是由被测器件产生的失真，都会在频谱仪测试结果上； 2、利用频谱仪来测试各种信号，希望仪表内部产生的各种失真越小越好。,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,9）、屏幕显示,仪表屏幕显示： 被测信号+仪器内部（失真+噪声） 失真包括：被测信号失真+内部噪声+内部失真 衰减器设置； ATT大，内部失真小，噪声高 ATT小，内部失真大，噪声低,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,10）、噪声,10.1、降低噪声-提高灵敏度,减小RBW 减小ATT 减小VBW（Video BW .01 Res BW） 增加前置放大器,噪声来源：外部、内部
8、混频器、各级放大器，大部分来源于中频放大器的第一级,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,11）、本振相位噪声在频域上表现为信号频谱噪声边带,相位噪声本质反映信号频率的短期稳定度， 对其描述定义如：-113dBc/Hz10KHz offset,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,12）、跟踪源TG,频谱分析仪基础频谱仪主要参数及特性认识,4、实际应用,4.1 频谱仪使用 1)、仪表测试参数设置 中心频点、Span、参考电平、ATT、RBW、VBW等 2)、仪表测试结果（测量读数） Marker测量 Measure测量功能 3)、输出（仪表测试结果存取/打印操作） Save/Recall
9、Print Hardcopy,4.2 信号发生器使用,频率方面 频率、频率改变步进 幅度方面 幅度、频率改变步进 调制信号输出 FM、PM、AM Mode,R3131A频谱分析仪,R3131A操作键,频谱分析仪基础频谱仪主要性能指标及应用,二、产品常用指标的概念及测试方法,产品常用参数测试,频谱分析仪基础频谱仪主要性能指标及应用,1、增益,增益是指放大器在线性工作状态下对信号的放大能力。,测量方框图,信号源,放大器,衰减器,频谱仪,Lin,隔离器,Lout,增益测量步骤,设置信号源。根据放大器增益和输出功率大小，设置信号源扫描频率参数和 输出电平，估算信号源输出电平值Lin（注意：此值不可使待
10、测放大器起控，否则须在信号源后串接衰减器） 连接频谱仪。根据放大器输出功率大小，选择合适的衰减器串接到频谱仪的输入口，将放大器输出端连接到频谱仪输入端。（注意：必须串接衰减器，以保证频谱仪输入端的安全） 检查连接是否正确后，再接通电源。 读取电平数。打开信号源射频开关输入信号，读取频谱仪上测得的电平数Lout（dBm）。则放大器的增益为：G=LoutLin（dB）。,频谱分析仪基础频谱仪主要性能指标及应用,2、输出功率（ALC电平）,输出功率是指放大器的功率输出能力。ALC电平就是直放站的自动增益控制电平,测量方框图,信号源,放大器,衰减器,频谱仪,Lin,隔离器,Lout,频谱分析仪基础频谱
11、仪主要性能指标及应用,输出功率测量步骤,连接如图所示 设置信号源使其输出一载波信号，使载波频率与放大器中心频率相同。 逐步增大信号源载波输出功率，观察频谱仪显示信号电平，直至其不再增大，直接读取电平值L2max（dBm）。 放大器的ALC电平= L2max（dBm）。,频谱分析仪基础频谱仪主要性能指标及应用,3、带内波动,带内波动指在有效工作频带内最大和最小电平之间的差值.,放大器,衰减器,频谱仪,Lin,隔离器,Lout,IN,OUT,output,input,R-3131A,扫频信号,频谱分析仪基础频谱仪主要性能指标及应用,读取频谱仪上有效频带宽度内最大和最小电平之间的差值，即为带内波动，
12、单位为dB。注意在放大器非起控状态下测试。,4、三阶交调,三阶交调是指等幅双音信号f1和f2输入放大器后，由于放大器的非线性而产生的2f1-f2和2f2-f1的杂散分量。,测量方框图,放大器,衰减器,频谱仪,Lin,隔离器,Lout,IN,OUT,信号源f1,信号源f2,频谱分析仪基础频谱仪主要性能指标及应用,三阶交调测量步骤,连接如图4所示。（要求同前） 设置信号源两载波频率f1和f2，使f2-f1等于1MHz，(f1+f2)/2等于放大器中心频率。 从频谱仪上显示为下图，三阶互调即为 IM3 = L3 - L1 (dBc) 。,L1,L3,f1,f2,f (MHz),2f1-f2,2f2-
13、f1,L3 - L1,频谱分析仪基础频谱仪主要性能指标及应用,5、3dB带宽/30dB带宽,3dB带宽是指宽带选频产品的中心频点幅度下降3dB时的频率宽度。反映的是放大器的选择性指标。,图5,放大器,衰减器,频谱仪,Lin,隔离器,Lout,IN,OUT,output,input,R-3131A,扫频信号,连接如图5所示。（要求同前） 设置扫频源TG输出，使产品工作在线性状态，置mark点为产品中心频点，当中心频点幅度下降3dB/30dB时的频率宽度即为3dB/30dB带宽。,3dB带宽/30dB带宽测量步骤,3dB,3dB带宽,三、仪器操作注意事项,1、仪器操作注意事项,仪器设备是公司进行生
14、产经营的主要工具,它的精度直接影响着公司的产品质量。公司的仪器设备大多精贵，且使用率较高，若损坏一台精贵仪器，公司不仅要承担昂贵的维修费，而且也影响着公司生产的有序进行，其间接经济损失无法估计。,频谱分析仪基础仪器规范性操作及注意事项,为了保证仪器设备的精度和防止仪器设备人为损坏，我们在使用仪器设备时，要注意以下一些使用与维护注意事项：,1）、初次使用某仪器设备之前，必须由相关人员进行培训、指导，以了解其主要功能、操作规范及使用注意事项。,频谱分析仪基础仪器规范性操作及操作注意事项,2）、静电防护,频谱分析仪基础仪器规范性操作及注意事项,电子仪器（尤其是微波仪器设备）对静电非常敏感，应采取严格
15、的静电防护措施（特别是对于仪器的输入输出端口）。（公司以前有多台仪器因静电而损坏，超过100V静电可能会损坏仪器灵敏度性能）。仪器操作一般要求：防静电工作台、座椅、穿防静电服、佩戴防静电手腕（在生产现场现已达到）。,如果某一设备（仪器）未接地或地线接触不良，会造成设备端口带电，这对于功率探头、信号源输出口、频谱仪输入输出端口及HPIB、GBIP端口是致命的，可在该端口与其它设备相连的瞬间放电损坏内部电路（输入衰减器ATT、混频器、放大器、或输入电路等），造成较大的经济损失。CRT显示的仪器后面都有专门的接地端,有的仪器则没有。仪器的接地保证,国外都是通过三芯电源插头插座的接地端与地相连.但目前实际使用的电源插座质量不合格或接触不良,没法保证接地,所以要求所有仪器设备都必须另接地线（并联接地），与地网相连。特别是有时根据需要，仪器需在各岗位之间调用，必要注意别忘接地线。,频谱分析仪基础仪器规范性操作及注意事项,3）所有仪器必须接地良好：,4）有些仪器内部采
