频谱分析仪的原理和发展
现代电子技术}#|%%7年第4期总第$~!期"电子技术应用#
频谱分析仪的原理和发展
班万荣
华宇科技!南京"有限公司!
摘
江苏南京
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要’频谱分析仪对射频工程师来说是必不可少的测试工具(然而各种频谱分析仪实现方法不尽相同)如带通滤波
器频谱分析仪*中频滤波器频谱仪和++,频谱仪(本文着重阐述频谱分析仪的实现原理和发展阶段-并在参数说明中对分辨带宽和视频带宽对测量显示结果的影响加以分析-并且对两种不同的频谱分析仪在各性能参数上进行了分析比较(最后对面向通讯领域的新一代频谱分析仪做了介绍(
关键词’频谱分析仪.中频滤波器.+.视频带宽!+,动态范围.分辨带宽!/01"201"中图分类号’,文献标识码’0文章编号’$$&%%5&4&#%%7"%4$%$%#346!
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y早期频谱分析仪的发展
频谱分析仪对射频工程师来说是必不可少的测试工具)早期实现频谱分析仪的方法)就是将待测信号同时引入一系列带宽相同)但中心频率以带宽为步进等差递增的带通滤波器)再分别通过各频率检波器检波)得出各频率点功率的大小)最后再通过显示屏显示出来(如图$所示(
通滤波器的$频率范围内)那么带通滤波器频谱分%%rzi
析仪的测试结果在此$范围内只显示一条功率谱%%rzi线(带通滤波器将测出其频率范围内的能量而不管多少频谱分量产生这一总能量(因此)对于紧密相邻的频谱分量)其最小频率分辨带宽受制于带通滤波器的带宽(
带通滤波器频谱分析仪的最大优点是能迅速跟踪信号频谱随时间的变化)但他的最大弱点是为了保证最小频率分辨带宽)需要使用窄带滤波器)所需窄带滤波器的数量随着带通滤波器频谱分析仪的测量频率范围增大及最小频率分辨带宽的减小而增加(因此)设计用于宽带测量的带通滤波器频谱分析仪是不经济的(
因为要进行宽带的频谱测量分析)所以在带通滤波器频谱分析仪之后人们设计出中频滤波器频谱仪(中频滤波器频谱仪的功能框图如图#所示(
图$带通滤波器频谱分析仪
将用这样的方法实现的频谱分析仪称为带通滤波器频谱分析仪(带通滤波器频谱分析仪的最小频率分辨带宽是由带通滤波器的带宽决定的(假设带通滤波器的带宽是$%%r)那么带通滤波器频谱分析仪的频率精度只有zi这是因为多条频率的功率谱线如果出现同一带$%%r(zi
收稿日期’#%%$#%万
图#中频滤波器频谱仪
中频滤波器频谱仪将中频滤波器的中心频率固定)将待测信号通过与周期斜波产生器控制下的2[{的输出频率混频到中频滤波器频率范围内)这样的机理相当于用一只带通滤波器沿着频率方向扫描一遍)记录下各频率点的
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班万荣J频谱分析仪的原理和发展
动态范围
频谱分析仪的动态范围是同时量测的最
功率谱线!这样就解决了宽带频谱测量带通滤波器频谱仪无法克服需要大量带通滤波器的难题!
大信号与最小信号之差%可测量最小信号受杂讯和杂乱响应的局限%制造商将定出规格!
固有噪声J
7/MPQ@/M50)APGR(FGHSTU36NOGK98LK?98LK/MNO
QF71YZP&-VV6SW-VTXG
其中J为平均显示噪声电平[为规定的平均噪K998LK8LK/MNO
"##$频谱分析仪的原理
随着微处理器的处理速度越来越快%利用计算机对信号进行处理已成为通用的方法!即将待测信号通过模数转换变成数字信号并输入计算机%然后通过&快速傅里&’(
叶变换)转成频域信号%再显示!其功能方框图如图*所示%其中模数转换器前的低通滤波器用来避免采样重叠!
声电平(MNO%F)[GH?/&-VV6SW-VTXF\]公司数据表F
为FFGHSTU36GH滤波器的等效噪声带宽[F&-VV6SW-VTX为衰减器衰减值[71YZPG为修正因子!
频率分辨带宽及其改变对测量结果的影响
频率分
图*&&’频谱分析仪
&&’频谱分析仪的理论根据为均匀抽样定理和傅里
叶变换!
一个在频谱中不含有大于频率+,-.
分量的有限频带的信号%由对该信号以不大于/)0(1+,-.的时间间隔进行的抽样值惟一地确定!当这样的抽样信号采样)7+通过截止频率为+(2+2+)的理+,-.3-,456(,-.想低通滤波器后%可以将原信号完全重建!当然&&’频谱分析仪80!9的实际采样频率应:1+,-.
傅里叶变换根据傅里叶变换%信号可用时域函数;()?傅里叶变换@;(
系%其中只要一个确定%另一个也随之惟一地确定!所以可实现时域向频域的转换!
均匀抽样定理
辨带宽即滤波器的有效带宽%频率分辨带宽进入滤波器的杂讯越多%从而显示的杂讯电平越高%反之变小!
视频分辨带宽及其改变对测量结果的影响
视频分
辨带宽即图1中视频滤波器的带宽!他的改变也影响显示
的杂讯%但与频率分辨带宽影响显示的杂讯的性质和结果明显不同!当视频带宽减小%杂波的平均电平不变%但杂波中的幅度变化降低!反之%当视频带宽增大%杂波的平均电平不变%但杂波中的幅度变化加大!
现在的新一代频谱分析仪向通讯领域深入发展%比如增加了测试^]_和‘9_8系统的组件%使得测试^]_和‘9_8信号更加方便!
参
考
文
献
B频谱分析仪的C个重要参数
对各种频谱分析仪有D个参数比较重要%即动态范
围E固有噪声(灵敏度)E频率分辨带宽(FGH)和视频分辩带宽(!IGH)
@/AF%‘1MM*01MM*年F\]F&’\_’TWXaUS-\]射频测试与
测量新产品展示会资料Y@1A8SXUV3W电子测量仪器产品手册Y@*A伯坚股份有限公司仪器型录Y
@DA’0%1MM*Y63V\_6-3WX6,6SVbXTPWcV3‘-V-5TR
ddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd
上接第/(MM页)
速度E高性能的特性%并有电路板面积小E性价比高E功
则权向量e等于f转置的积%如图*f与限幅输出向量g
所示!耗低E应用开发时间周期短的特点!配合合理的IU3W-5
YM环境更加强了编程的操作性!9]b*
参
考
文
献
图*迭代求权值过程
按以上步骤迭代计算系统所要求的次数%就能得到最终所需的权向量值!
@/A89/M/’]b’]UR6X]N8F‘bXTc633TXbXTRX-,,USR
Y8SYj%/%1MM*YF6h6X6Sc6-5TR96iUc63Sc3V@1A89/M/’]b’]UR6X]N8F‘bXTc633TXN-XPk-X6
Y8SYj%/%1MM*YF6h6X6Sc6-5TR96iUc63Sc3V
@*A‘0‘‘T,4U56X-SPKUlX-Xm_-SW-5hTX’UR6X]N8F‘
C结
语
’UR6X]N8F‘系列是最新推出的静态超标量体系结
构处理器%以其优异的快速浮点运算能力而受到雷达和声纳E通讯E医疗E气象预报和数据采集等诸多领域的青睐!在阵列信号处理的大规模矩阵之间的复杂运算中%同样能充分发挥他高速%内存大的优势!使实时脉冲压缩具有高
作者简介
Y8SYj%/%1MM1Y9]b3-5TR96iUc63Sc3V
@DA刘书明%罗军辉Y89]b]N8F‘系列9]b应用系统设计@MM*Y_AY北京J电子工业出版社%1@ZA苏涛%吴顺君%李真芳%等Y高性能9]b与高速实时信号
处理@MM1Y_AY西安J西安电子科技大学出版社%1
万方数据
斯炜玮
男%/no/年出生%硕士生!研究方向为通信中的现代信号处理!
/M1
频谱分析仪的原理和发展
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
班万荣, BAN Wanrong
华宇科技(南京)有限公司,江苏,南京,210003现代电子技术
MODERN ELECTRONICS TECHNIQUE2005,28(7)4次
1.R·S RF.T·M Tour China2003/2003年R&S射频测试与测量新产品展示会资料2.Anritsu电子测量仪器产品手册
3.Test & Measurement Products/Catalog 2003
1.期刊论文 李瑞锋 频谱分析仪中频滤波器对频率分辨率的影响 -西部广播电视2007,4(4)
简述了频谱仪的工作原理和中频滤波器的特点,阐述了中频滤波器分辨带宽和形状因子的概念,具体分析了它们测量信号时对频率分辨率的影响.
2.期刊论文 德亚男 频谱分析仪的中频滤波器对频率分辨率的影响 -数字通信世界2006,""(1)
频率分辨率指的是频谱分析仪能明确分离出两个输入正弦波的能力.通常用分辨带宽RBW(resolution bandwidth)来表示中频滤波器的3dB带宽或6dB带宽.图1就清楚地表明了这一点,相隔5kHz的两个信号,当我们选用10kHz的分辨带宽时,它们的迹线在顶部重迭,看起来像一个响应:当我们选用3kHz的分辨带宽时,就能清晰地彼此分开.
3.期刊论文 凤卫锋 EMI接收机与频谱仪的校准 -电子测量与仪器学报2009,23(z1)
本文从超外差式EMI接收机和频谱仪的原理和结构入手,在介绍常见的超外差式EMI接收机和频谱仪的主要技术指标的基础上,分析了这两类仪器校准方法的异同.作者从这两类仪器的使用目的对差异较大的校准参数进行分析,构建了相应的校准方法.这些方法是在大量实验的基础上完成的,对于EgI接收机特别重要的脉冲响应的校准,文中给出了具体的校准数据,结合数据分析了EgI接收机与频谱仪的最重要差别,并总结出Agilent公司的预选器N9039+PSA频谱仪方案是完全满足CISPR标准的全兼容接收机.
4.会议论文 凤卫锋 EMI接收机与频谱仪的校准 2009
本文从超外差式EMI接收机和频谱仪的原理和结构入手,在介绍常见的超外差式EMI接收机和频谱仪的主要技术指标的基础上,分析了这两类仪器校准方法的异同。作者从这两类仪器的使用目的对差异较大的校准参数进行分析,构建了相应的校准方法。这些方法是在大量实验的基础上完成的,对于EMI接收机特别重要的脉冲响应的校准,文中给出了具体的校准数据,结合数据分析了EMI接收机与频谱仪的最重要差别,并总结出Agilent公司的预选器N9039+PSA频谱仪方案是完全满足CISPR标准的全兼容接收机。
5.期刊论文 江炜宁.Jiang Weining 频谱分析仪中数字中频滤波器的实现 -国外电子测量技术2007,26(4)
本文首先简述了分辨率和中频滤波器概念,然后详细描述了数字中频滤波器的实现原理,最后介绍了数字中频滤波器在DSP芯片TMS320C6701上的运用.实际应用结果说明,数字中频滤波器比模拟滤波器在可实现最小分辨率带宽、滤波器波形因子、测量速度等方面都具有很大的优势.
6.期刊论文 夏雁冰.Xia Yanbing 频谱分析仪中扫描时间和相关参数的解析 -国外电子测量技术2008,27(3)
在超外差频谱分析仪中,当其分辨率带宽为模拟带宽时,频谱分析仪的扫描时间受很多因素的影响,在用户使用时要合理地设置各个参数,才能取得最好的测量效果.本文将以中频滤波器为类高斯滤波器为模型,着重介绍扫描时间与扫频宽度、分辨率带宽以及视频带宽之间的关系.从频域和时域推倒出这些参数之间的数学公式.从而使读者更深刻理解频谱分析仪些参数的关联性.
7.期刊论文 何高楼.陈爽.He Gaolou.Chen Shuang 频谱分析仪中频带宽的设计 -国外电子测量技术2008,27(2)
本文介绍了一种应用于高性能频谱分析仪的,中心频率不变,带宽可程控并可连续调节的中频滤波器的设计原理与实现方法.对其中的主要模块进行了详细讨论,并给出了仿真与实验结果.
8.期刊论文 于中一 怎样用频谱分析仪测量邻近且相对弱小的信号 -中国无线电管理2003,""(10)
在用频谱分析仪测量信号时,正确地设定分辨率带宽(RES BW),是减少测量误差、捕捉两个十分邻近和相对弱小信号的关键.我们知道,分辨率与频谱仪中频滤波器(IF滤波器)的带宽有关,带宽越窄,分辨率越高.除了滤波器的带宽之外,形状因数(shape factor)、滤波器类型、剩余调频(residual FM)和噪声边带也是设定分辨率带宽时应考虑的因素.下面,我们将依次分析每一项.
9.学位论文 弋朝伟 小型化频谱分析仪接收机模块的研制 2005
本文首先对频谱分析仪的发展及其分类作了简单的介绍,然后仔细的分析了频谱仪接收机的指标参数及实现原理,对同轴腔滤波器的小型化设计与对消电路实现作了重点阐述,最后给出模块的最终设计及测试结果。
本课题采用了传统的三次变频超外差结构设计,第一中频为高中频以抑制镜像频率。本文工作的独到之处在于:第一中频滤波器采用阶梯阻抗和电容加载相结合的同轴结构使得滤波器比常规尺寸缩小一半以上;另外在第一变频器中,采用前馈对消网络解决接收机在输入频率低端工作时第一本振的泄漏问题,在这一频段使混频器本振口到高中频口的隔离度达到60dB以上,大大地改善了接收机的线性动态范围指标。
1.高森.马令坤.郑恩让 基于FPGA的数字频谱分析仪设计[期刊论文]-陕西科技大学学报(自然科学版) 2008(2)2.李杭生.张丽.周红霞.崔丽 采用相位推算法检测FSK信号[期刊论文]-通信技术 2008(3)3.豆全亮.曾兴雯 XDSL信号测试专用虚拟频谱仪的设计[期刊论文]-山西电子技术 2007(4)4.刘龙飞 超外差式测量仪器输入端常见故障分析[期刊论文]-电子测量技术 2007(2)
本文链接:http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_xddzjs200507038.aspx
授权使用:中科院西安光学机械研究所(gxjxyjs),授权号:6694a82f-bab8-4325-8045-9e40009bc65e
下载时间:2010年12月2日