第9章频谱分析仪的使用
9.1概述
1、信号的定义及种类
信号的概念广泛出现于各领域中。这里所说的均指电信号，按照信号随时间变化的特点，可分为确定信号与随机信号，连续时间信号与离散时间信号，周期信号与非周期信号。
科学发展到今天，我们可以用许多方法测量一个信号，不管它是什么信号。通常所用的最基本的仪器是示波器，观察信号的波形、频率、幅度等。但信号的变化非常复杂，许多信息是用示波器检测不出来的，如果我们要恢复一个非正弦波信号F，从理论上来说，它是由频率F1、电压V1与频率为F2、电压为V2信号的矢量迭加（见图9.1-1）。从分析手段来说，示波器横轴表示时间，纵轴为电压幅度，曲线是表示随时间变化的电压幅度,这是时域的测量方法。如果要观察其频率的组成，要用频域法，其横坐标为频率，纵轴为功率幅度。这样，我们就可以看到在不同频率点上功率幅度的分布，就可以了解这两个（或是多个）信号的频谱。有了这些单个信号的频谱，我们就能把复杂信号再现、复制出来。
图9.1-1 信号分析
从技术实现来说，目前有两种方法对信号频率进行分析。
其一是对信号进行时域的采集，然后对其进行傅里叶变换，将其转换成频域信号。我们把这种方法叫作动态信号的分析方法。特点是比较快，有较高的采样速率，较高的分辨率。即使是两个信号间隔非常近，用傅立叶变换也可将它们分辨出来。但由于其分析是用数字采样，所能分析信号的最高频率受其采样速率的影响，限制了对高频的分析。目前来说，最高的分析频率只是在10MHz或是几十MHz，也就是说其测量范围是从直流到几十MHz。是矢量分析。
这种分析方法一般用于低频信号的分析，如声音，振动等。
另一方法原理则不同。它是靠电路的硬件去实现的，而不是通过数学变换。它通过直接接收，称为超外差接收直接扫描调谐分析仪。我们叫它为扫描调谐分析仪。也是我们本章主要介绍的一种仪器。
2、频谱及频谱测量：
广义上，信号频谱是指组成信号的全部频率分量的总集；狭义上，一般的频谱测量中常将随频率变化的幅度谱称为频谱。
频谱测量即在频域内测量信号的各频率分量，以获得信号的多种参数。频谱测量的基础是付里叶变换。
3、频谱的两种基本类型：
离散频谱（线状谱），各条谱线分别代表某个频率分量的幅度，每两条谱线之间的间隔相等。
连续频谱，可视为谱线间隔无穷小，如非周期信号和各种随机噪声的频谱
4、周期性信号的频谱特性：
1）离散性：频谱是离散的，由无穷多个冲激函数组成；
2）谐波性：谱线只在基波频率的整数倍上出现，即谱线代表的是基波及其高次谐波分量的幅度或相位信息；
3）收敛性：各次谐波的幅度随着谐波次数的增大而逐渐减小
5、信号频谱分析的内容：
通常频谱分析是以付里叶分析为理论基础，可对不同频段的信号进行线性或非线性分析。信号频谱分析的主要内容包括两部分：
1）对信号本身的频率特性分析，如对幅度谱、相位谱、能量谱、功率谱等进行测量，从而获得信号在不同频率处的幅度、相位、功率等信息；
2）对线性系统非线性失真的测量，如测量噪声、失真度、调制度等。
9.2 GSP-827型频谱分析仪的使用
9.2.1 GSP-827型频谱分析仪
1、面板介绍（面板结构如图9.2-1 ）
图9.2-1 GSP-827 频谱仪面板结构
2、熟悉GSP-827型频谱分析仪的面板主要按键简介：
1）Frequency (频率功能) 按键：可以通过数字键盘输入、上/下方向键输入、旋钮输入 Center (中心频率): 按下此旋钮即可设置中心频率的大小。 Start （开始频率）：进行扫频信号范围的起始频率设置。 Stop （截止频率）：进行扫频信号范围的停止频率设置 Step （步进）：选用上/下方向键调整频率时，每一步频率调整的大小在Step 功能界定。 Peak to Center ：会在显示器上找到峰值信号，然后改变中央频率为峰值信号的频率。 2）Span （扫频宽度）按键： Span （扫频宽度）：界定测量的频率范围（即扫频信号的范围，该键的使用必须与Center 配合）。
Fullspan （全展幅）：设定为开始频率为零，结束频率为2700MHz 。
Zerospan (零展幅)：会停止频率扫描并停留在中央频率的位置，也就是只测量中央频率。 Last Span: 回到最后设定的频宽 3） Amplitude (振幅)按键：
编辑键
输入端口
RefLevel (参考准位)：在显示器的最上层，建议信号的大小在RefLeve之下，以得到较精确的准位。
Scale(刻度)：以10-5-2-1的顺序切换刻度，注意精确度不会随着不同刻度而改变，此为图像放大功能。
Unit(单位)：包括dBm、dBuv、dBmv和dBm/Hz
4）BW（频宽）按键：
所有功能都有自动和手动模式，在全自动模式，这些参数都与Span互有关联，也就是说，在不同的Span设定下，机器会自动选择适当的RBW和VBW组合。
RBW（射频带宽）：在手动模式下，可选择3kHz、30kHz、300kHz、4MHz。
VBW （视频带宽）
SwpTm（扫描时间）:直接输入时，最少为100msec.
5）Marker(光标)：可以通过Marker功能来分析具体的频率和幅度。
本机提供两种光标操作模式，单一光标模式和多种光标模式。多种光标模式可以开启高达十个光标，Markers to Peaks功能可使光标去寻找峰值信号，测量的频率和幅度显示在光标列表上。
6）Peak Search(峰值搜索)：使用光标寻找峰值信号。
To Peak按下此键，屏幕上会出现一个峰值标记信号，此信号会出现在第一个峰值信号上。
Next Peak : 标记会自动跳到下一个峰值信号上。
Peak Right: 标记会向右移。
Peak Left : 标记会左移。
Mark to center : 标记会移到中心位置的谱线上。
仪器上还有一些其他按键，可参照说明书进行了解。
3、三个主要按键说明
三个主要按键包括：频率控制、展幅控制、幅度控制
1）Frequency频率控制键：图9.2-2为其功能菜单。
测量频率有两个设定法：Center/Span 和Start/Stop。
Span 代表测量的频宽，在不知道测试频率时,通常使用Center 和Span 。
在特定的测试频率使用Start和Stop 。
图9.2-2 Frequency的功能菜单
具体操作介绍：
F1：Center设定，如图9.2-3，
1、可直接用数字键设定；
2、可用上/下方向键：向上或向下调整频率，每一步阶频率调整的大小已在Step 功能界定。
3、旋钮：以旋转方式调整中央频率，每一调整步阶为频宽的1/500。
图9.2-3 F1（center）的操作
F2和F3：Start和Stop设置，如图9.2-4。
通常用数字键输入；也可通过上/下键和旋转键设置。
图9.2-4 F2、F3的操作
F5：Peak to Center 会先找到峰值信号的频率，然后改变中央频率为峰值频率，如图9.2-5所示。执行这个功能时，不是所有光标都能被开启。
图9.2-5 F5的操作
2）Span功能详细说明:如图9.2-6
F1：Span 是界定测量的频率范围
F2：全展幅(Full Span) 的设定为2700MHz，也就是开始频率为0，结束频率为2700MHz
F3：零展幅(Zero Span)会停止频率扫描并停留在中央频率的位置，也就是只测量中央频率
F4：LastSpan ，最后一次的展幅
图 9.2-6 Span 功能
具体讲解 F1（span ）的操作如图9.2-7：
图9.2-7 F1（Span ）的操作
上/下方向键和旋钮：以1-2-5 的顺序改变展幅(Span)。例如：1M 、2M 、5M 、10M 、20M 、 50M 、…
等等，在1kHz 频宽之前的是0，最后在2.5GHz 之后的是 2.7GHz 。 编辑：用数字键输入
3）振幅功能（如图9.2-8）说明
F1：参考准位(Ref Level)，显示在屏幕最上层，一般在Ref Level 之下输入信号F2：Scale以10-5-2-1 的顺序切换刻度，此为图像放大的功能
F3：单位(Unit）包括dBm、dBuV、dBmv 和dBm/Hz
F4：增益和消耗(ExtGain/Loss)的功能容许应用上引起的振幅偏移
F5：Input Z 可切换50?和75?间的输入阻抗，为软件调整
F6：Input Z Cal 可提供75?转换器输入的补偿，理想的数字为5.9dB
图9.2-8 Amplitude 功能菜单
具体操作：
F1（Ref Level）的操作（如图9.2-9）：
图9.2-9 F1（Ref Level）的操作
F2（Scale）的操作如图
图9.2-10 F2（Scale）的操作
4、测量群组
测量群组：包括光标(Marker)，峰值搜寻(Peak Search)，波形轨迹(Trace)、电源量测(Pwr Measure)和限制线(Limit Line)等键。
1）Marker键，
提供单一光标模式与多光标模式。单一光标模式只具有普通（Normal）模式，多光标模式还具有ΔMkr 模式。如图9.2-11。
图9.2-11 Marker的操作选择一般（Normal）模式，制定光标频率，如图9.2-12。
图9.2-12 Marker的Normal模式
2）Peak Search键，菜单如图9.2-13。
图9.2-13 Peak Search键的菜单
峰值找寻（Peak Search）的功能是用游标去寻找显示器上的峰值信号。
Mkr--Center功能是将中央频率变成光标所在的频率。
Next Peak是让游标去寻找显示器上下一个峰值信号。
Peak Right让游标去寻找右边下一个峰值信号。
Peak Left让游标去寻找左边下一个峰值信号。
追踪（Track）是让光标一直不断的去寻找峰值信号并将其移到显示器的中央。
这里主要看一下To Peak的作用，如图9.2-14。
图9.2-14 To Peak的作用
5、控制功能：
包括频宽(BW)、触发(Trigger)、显示器(Display)、储存/叫出(Save/Recall)等功能。这里主要介绍频宽（BW）的应用，其组成如图9.2-15，
图9.2-15 频宽（BW）菜单
BW功能包括RBW、VBW和SweepTime。所有功能都有自动（Auto）和手动（Manual）
模式，在全自动模式，这些参数都与展幅（Span）互有关联，也就是说，在不同的Span设定下，本机会自动选择最适当的RBW和VBW组合。BW的每一参数都可分别以手动模式设定。
在手动模式下，RBW的档位有3k、30k、300k、和4MHz；VBW以1-3的顺序，选择在10Hz到1MHz之间。
将SweepTime 改为Manu 模式，直接可输入扫描时间，最少为100ms.
一般用户会在调整中会出现调乱的现象，即扫描速度越来越慢，Span不知道正确的位置等等。快速的恢复方法如下：
先按系统菜单System,选子菜单中more第二页，再按F2 System Preset系统重置，即可恢复出厂时的状态，请注意这时的亮度会变暗一点，还要调整显示Display菜单下的LCD Cntrst 设置满意的亮度。
其他的操作具体参照说明书
9.2.2 GSP-827型频谱分析仪操作指导
对于信号的频谱测量具体操作过程如下：（频谱仪功能很多，其它应用参考说明书）
被测信号输入，
a)Frequency频率设置，以确定扫描宽度；（谱线轮廓在屏幕基本可见）
b)Amplitude幅度设置，以确定Ref Levele与Unite，保证谱线在屏幕上高度合适；
c)BW设置，一般将RBW设置为3k，保证谱线更加理想化；
d)Peak Search设置，峰值找寻的功能是用游标去寻找显示器上的峰值信号；以确定谱线的频率与幅度。
例：F40输出方波信号，频率为2MHz，幅度分为2Vpp ,用频谱分析仪观察基波及七次以内的谐波分量。
操作步骤：
a)按【Frequency】键，子菜单F2（Star）设为0KHz，F3（Stop）设为16MHz；
b)按【Amplitude】键，子菜单F1（Ref level）设为0dB,F2(Scale)设为10dBm;
c)按【BW】键, 将RBW手动设置为3k;
d)按【Peak Search】键，用游标去寻找显示器上的峰值信号，Next Peak让游标去寻找
显示器上下一个峰值信号；并将每个峰值信号的参数显示于屏幕右上角。
9.2.3 GSP-827型频谱分析仪操作练习
1、用F40输出方波信号，频率为2MHz，幅度分为2Vpp 或10mVpp，用频谱分析仪观
察基波及七次以内的谐波分量。
2、用F40和EE1641B分别输出正弦波信号，频率为2MHz，幅度为200mVpp，用频谱分
析仪观察基波、二次谐波，三次谐波信号。
理想的正弦波信号只有基波分量，二次以上谐波的幅度为零，现实中这是很难完全实现的，因此我们对正弦波信号定义了失真度，即谐波分量的有效值与基波分量有效值之比的百分比。我们可以通过失真度仪来测量信号的失真度，也可以对信号进行频谱分析观察
其基波、二次谐波、三次谐波成分。频率设置时可选择Start 低于需要观察的最低频率，Stop高于需要观察的最高频率。被观察的信号频谱完整的显示在屏幕上后，可以通过多光标功能来分析具体的频率和幅度。并依此比较两种信号源的性能。
3、用F40高频信号发生器输出调幅波信号：载波为正弦波，频率1MHz，，幅度10mVpp,
调制信号为正弦波，频率20KHz.,调制深度50%。观测其频谱分布。
图9.2-16 调幅波的频谱图
调幅是将低频的调制信号频率搬移到高频的载波信号附近，其频谱分析如上图
9.2-16。频率设置时Center可选择载波频率，Span应大与调制信号频率的两倍。参考准位
的设置应考虑输入信号有效值的单位转换，如10mVpp信号的有效值约为3.57mVrms,阻抗匹配为50时，电平值约等于-36dBm。
4、接收外部信号
外差扫频即外差接收机原理，用它可接收广播信号、手机信号等。同学们可根据以上对于仪器的使用，利用天线接收空中电磁波，进行练习。
9.2.4频谱仪的操作注意事项
影响频谱分析仪幅度谱迹线显示的因素有频率（横轴）、幅度（纵轴）两方面。
1）频率
（1）与频率显示有关的频谱仪指标
频率范围：频谱仪能够进行正常工作的最大频率区间。（例GSP-827 频率范围
9K~2.7GHz）。
扫描宽度（Span）：表示频谱仪在一次测量（即一次频率扫描）过程中所显示的频率范围，可以小于或等于输入频率范围。通常根据测试需要自动调节，或手动设置。(利用Star与Stop 设置正确)。
频率分辨率：能够将最靠近的两个相邻频谱分量（两条相邻谱线）分辨出来的能力。频率分辨率主要由中频滤波器的带宽（RBW）和选择性决定，但最小分辨率还受到本振频率稳定度的影响。在FFT分析仪中，频率分辨率取决于实际采样频率和分析点数。
扫描时间（ST）：进行一次全频率范围的扫描、并完成测量所需的时间。通常希望扫描时间越短越好，但为了保证测量精度，扫描时间必须适当。与扫描时间相关的因素主要有扫描宽度、分辨率带宽、视频滤波。
相位噪声：反映了频率在极短期内的变化程度，表现为载波的边带。相噪由本振频率或相位不稳定引起，本振越稳定，相噪就越低；同时它还与分辨率带宽RBW有关，RBW缩小10倍，相噪电平值减小10dB。通过有效设置频谱仪，相噪可以达到最小，但无法消除。
（2）与频率显示有关的频谱仪功能设置键
Span：设置当前测量的频率范围。
中心频率：设置当前测量的中心频率。
RBW：设置分辨率带宽。通常RBW的设置与Span联动。
2）幅度
（1）与幅度显示有关的频谱仪指标
动态范围：同时可测的最大与最小信号的幅度之比。通常是指从不加衰减时的最佳输入信号电平起，一直到最小可用的信号电平为止的信号幅度变化范围。
灵敏度：灵敏度规定了频谱仪在特定的分辨率带宽下、或归一化到1Hz带宽时的本底噪声，常以dBm为单位。灵敏度指标表达的是频谱仪在没有输入信号的情况下因噪声而产生的读数，只有高于该读数的输入信号才可能被检测出来。
参考电平：频谱仪当前可显示的最大幅度值，即屏幕上顶格横线所代表的幅度值（Ref Level）。
（2）与幅度显示有关的频谱仪功能设置键
纵坐标类型：选择纵坐标类型是线性（V、mV、μV等）还是对数（dB、dBc、dBm、dBv、dBμv等）。
刻度/div：选定坐标类型之后，选择每格所代表的刻度值。
参考电平：确定当前可显示的最大幅度值，该值的单位与已选择的坐标类型相同。
3）其他功能键
Marker：开启Marker功能，可以对当前显示迹线所对应的测量值进行多种标识。常用功能如：寻找峰值(Pek Sercher)，即把Marker指向迹线的幅度最大值处，并显示该最大幅度值以及最大幅值点的频率值；相对测量，使用2个Marker，测量它们各自所在位置的幅度、频率差，等等。
保存：可以保存如当前参数设置、测量结果以及屏幕显示等各类数据，并提供多种保存方式，如：可存为文本文件、ASCII码文件、位图图片文件等。
输入键：用于输入将要设置的数值，如Span、中心频率、RBW、参考电平等。可以使用数字、单位键，也可以扭动旋钮连续调节。
9.2.5 GSP-827型频谱分析仪主要技术指标
1）频率范围：9k-2.7GHz
2）频率相位噪声：-85dBc/Hz典型值@1GHz 20可Hz
3）振幅输入范围：-100dBm到+20dBm,1M到2.5GHz@3k RBW
-95dBm到+20dBm, 2.5GHz到2.7GHz@3k RBW
-70dBm到+20dBm,150k到1MHz@3k RBW
-100dBm到+20dBm,50k到150kHz@3k RBW
4）幅度参考准位：-30到+20dBm 过载保护
5）平均噪声-130dBm/Hz,1MHz到2.7GHz
-125 dBm/Hz, 2.5GHz到2.7GHz
-105 dBm/Hz，150kHz 到1MHz
-95 dBm/Hz，50k 到150 kHz
6)、输入阻抗：50Ω/75Ω
7)、RBW带宽选择：3kHz、30kHz、300kHz、4MHz
8)、VBW频宽10Hz到1MHz以1-3的步骤
9）、扫描时间：100ms到25.6s
9.3 频谱分析仪的基本原理
频谱分析仪是使用不同方法在频域内对信号的电压、功率、频率等参数进行测量并显示的仪器。一般有实时分析法、非实时分析法两种实现方法。
非实时分析法，在任意瞬间只有一个频率成分能被测量，无法得到相位信息。适用于连续信号和周期信号的频谱测量。
通常用一系列窄带滤波器滤出被测信号在各个频率点的频谱分量，这种同时并行作业的测量方法称为实时分析。但需要大量的硬件。
频谱分析仪一般采用非实时分析方法。
根据工作原理，可将频谱仪分为模拟式与数字式两大类。模拟式频谱仪是以模拟滤波器为基础的，应用广泛，我们这里主要讨论模拟式频谱仪
9.3.1频谱分析仪工作原理
（1）顺序滤波式
顺序滤波频谱仪，由多个通带互相衔接的带通滤波器和共用检波器构成。用多个频率固定且相邻的窄带带通滤波器阵列来区分被测信号的各种频率成分，因此得以全面记录被测信号。
顺序滤波频谱仪组成如图9.3.-1
图9.3-1 顺序滤波式频谱仪组成
输入信号经放大后送入一组带通滤波器，这些滤波器的中心频率分别为fo1＜fo2＜…＜fon，由各个滤波器选出的频率分量通过与阶梯波扫描电压同步的步进换接开关K顺序接入检波器，经检波、放大后加到示波管垂直偏转板。示波器水平偏转板上加的即是上述的阶梯波扫描电压。
（2）外差式
外差式频谱仪的频率变换原理与超外差式收音机相同：利用无线电接收机中普遍使用的自动调谐方式，通过改变扫频本振的频率（扫描信号发生器的频率）来捕获待测信号的不同频率分量。也称扫频外差式频谱仪。扫频外差式方案是实施频谱分析的传统途径，在高频段占据优势地位。
其组成框图如9.3-2（a）：
图 9.3-2 外差式频谱仪组成及频谱图
（b）理想谱线（c）实际谱线
这种方法的中频窄带滤波器是固定的，只要改变本级振荡的扫频信号频率即能达到选频目的。即输入信号中的各个频率成分在混频器中与扫频信号产生差频，它们依次落入窄带滤波器的通频带内，被滤波器选出，并经检波器加到示波管的垂直偏转板，即光点垂直偏移正比于该频率分量的幅值。同时，由于示波管的扫描电压就是扫频信号的调制电压，故水平轴已变成频率轴。屏幕上将显示输入信号的频谱图。
实际上，高中频很难实现带通滤波和性能良好的检波，需要进行多级变频（混频）处理。
第一混频实现高中频频率变换，再由第二、三级甚至第四级混频将固定的中频逐渐降低。如图9.3-3 所示，每级混频之后有相应的带通滤波器抑制高次谐波交调分量。
图9.3-3 多次变频
1） 带通滤波器的影响
由于带通滤波器存在一定的带宽，所以显示的谱线并非理想的直线，而是一种窄带滤波器的动态幅频特性曲线。
带通滤波器的性能指标：
带宽，通常是指3dB 带宽，或称半功率带宽。如图9.3-4
图9.3-4 3dB 带宽
分辨率带宽（RBW ）：反映了滤波器区分两个相同幅度、不同频率的信号的能力。如图9.3-5。
点
A
图9.3-5 分辨率带宽
2）检波器：
在模拟式频谱仪中，采用检波器来产生与中频交流信号的电平成正比的直流电平，以获取待测信号的幅度信息。常用包络检波器。最简单的包络检波器由一个二极管和一个并联RC 电路串接而成。只要恰当地选择检波器的R、C值，就可获得合适的时间常数以确保检波器跟随中频信号的包络变化而变化。频率扫描速度的快慢也会对检波输出产生影响，扫速太快会使检波器来不及响应。
3）视频滤波器
通常，检波器后面会有一级视频滤波器，视频滤波器用于对显示结果进行平滑或平均，以减小噪声对信号幅度的影响。它的基本原理：视频滤波器实质是低通滤波器，它决定了驱动显示器垂直方向的视频电路带宽。当视频滤波器的截止频率小于分辨率带宽时，视频系统跟不上中频信号包络的快速变化，因此使信号的起伏被“平滑”掉。主要应用于噪声测量，特别是在分辨率带宽（RBW）较大时。减小视频滤波器的带宽（VBW）将削弱或平滑噪声峰-峰值的变化，当VBW/RBW < 0.01 时，平滑效果非常明显。
由于使用了滤波器，扫描时间受限于中频滤波器和视频滤波器的响应时间。若不满足所需的最短扫描时间，滤波器未达到稳态，会导致信号的幅度损耗和频率偏移。为避免因此引起的测量误差，分辨率带宽RBW、视频带宽VBW、扫描时间ST及扫描宽度Span通常联动设置。
参数部分联动设置的经验公式
正弦信号测量——RBW/VBW=0.3～1
脉冲信号测量——RBW/VBW=0.1
噪声信号测量——RBW/VBW=9
外差式频谱分析仪频率范围宽、灵敏度高、频率分辨率可变，是目前频谱仪中数量最大的一种。由于被分析的频谱依次被顺序采样，因而不能进行实时分析。这种分析仪只能提供幅度谱。
9.3.2频谱分析仪的主要技术指标
1）频率范围：
频谱仪能正常工作的最大频率区间，由扫描本振的频率范围决定。现代频谱仪的频率范围通常可从低频段至射频段，甚至微波段，如1KHz~4GHz。
2）扫频宽度(span)：
另有分析谱宽、扫宽、频率量程、频谱跨度等不同叫法。通常指频谱仪显示屏幕最左和最右垂直刻度线内所能显示的响应信号的频率范围（频谱宽度）。根据测试需要自动调节，或人为设置。扫描宽度表示频谱仪在一次测量（也即一次频率扫描）过程中所显示的频率范围，可以小于或等于输入频率范围。
频谱宽度通常又分为三种模式。
①全扫频频谱仪一次扫描它的有效频率范围。
②每格扫频频谱仪一次只扫描一个规定的频率范围。用每格表示的频谱宽度可以改变。
③零扫频频率宽度为零，频谱仪不扫频，变成调谐接收机。
3）扫描时间（ST）：
即进行一次全频率范围的扫描、并完成测量所需的时间，也叫分析时间。通常扫描时间越短越好，但为保证测量精度，扫描时间必须适当。与扫描时间相关的因素主要有频率扫描范围、分辨率带宽、视频滤波。现代频谱仪通常有多档扫描时间可选择，最小扫描时间由测量通道的电路响应时间决定。
扫频速度：扫频宽度与分析时间之比就是扫频速度。
4）频率分辨力：
能够分辨的最小谱线间隔，主要由中频滤波器的带宽（即RBW）决定，但最小分辨率还受本振频率稳定度的影响。
分辨力与扫频速度有关，静态分辨力Bq ，动态分辨力Bd，Bd则与我们的使用条件有关。Bd总是大于Bq的，而且扫频速度越快，Bd越宽。
5）测量范围：
任何环境下频谱仪可以测量的最大信号与最小信号的比值。测量范围一般在145dB--165dB之间。
6）灵敏度
指在给定分辨力带宽、显示方式和其他影响因素下，频谱仪显示最小信号电平的能力，以dBm、dBu、dBv、V等单位表示。超外差频谱仪的灵敏度取决于仪器的内噪声。当测量小信号时，信号谱线是显示在噪声频谱之上的。为了易于从噪声频谱中看清楚信号谱线，一般信号电平应比内部噪声电平高10dB。另处，灵敏度还与扫频速度有关，扫频速度赶快，动态幅频特性峰值越低，导致灵敏度越低，并产生幅值差。
频谱分析仪的使用方法（第一页） 13MHz信号。一般情况下，可以用示波器判断13MHz电路信号的存在与否，以及信号的幅度是否正常，然而，却无法利用示波器确定13MHz电路信号的频率是否正常，用频率计可以确定13MHz电路信号的有无，以及信号的频率是否准确，但却无法用频率计判断信号的幅度是否正常。然而，使用频谱分析仪可迎刃而解，因为频谱分析仪既可检查信号的有无，又可判断信号的频率是否准确，还可以判断信号的幅度是否正常。同时它还可以判断信号，特别是VCO信号是否纯净。可见频谱分析仪在手机维修过程中是十分重要的。 另外，数字手机的接收机、发射机电路在待机状态下是间隙工作的，所以在待机状态下，频率计很难测到射频电路中的信号，对于这一点，应用频谱分析仪不难做到。 一、使用前须知 在使用频谱分析仪之前，有必要了解一下分贝(dB)和分贝毫瓦(dBm)的基本概念，下面作一简要介绍。 1．分贝(dB) 分贝是增益的一种电量单位，常用来表示放大器的放大能力、衰减量等，表示的是一个相对量，分贝对功率、电压、电流的定义如下： 分贝数：101g(dB) 分贝数=201g(dB) 分贝数=201g(dB) 例如：A功率比B功率大一倍，那么，101gA／B=10182’3dB，也就是说，A功率比B功率大3dB， 2．分贝毫瓦(dBm) 分贝毫瓦(dBm)是一个表示功率绝对值的单位，计算公式为： 分贝毫瓦=101g(dBm) 例如，如果发射功率为lmw，则按dBm进行折算后应为：101glmw／1mw=0dBm。如果发射功率为40mw，则10g40w／1mw--46dBm。 二、频谱分析仪介绍 生产频谱分析仪的厂家不多。我们通常所知的频谱分析仪有惠普(现在惠普的测试设备分离出来，为安捷伦)、马可尼、惠美以及国产的安泰信。相比之下，惠普的频谱分析仪性能最好，但其价格也相当可观，早期惠美的5010频谱分析仪比较便宜，国产的安泰5010频谱分析仪的功能与惠美的5010差不多，其价格却便宜得多。 下面以国产安泰5010频谱分析仪为例进行介绍。 1．性能特点 AT5010最低能测到2.24uv，即是-100dBm。一般示波器在lmv，频率计要在20mv以上，跟频谱仪比相差10000倍。如用频率计测频率时，有的频率点测量很难，有的频率点测最不准，频率数字显示不
Spectrum Analyzer Basics 频谱分析仪是通用的多功能测量仪器。例如：频谱分析仪可以对普通发射机进行多项测量，如频率、功率、失真、增益和噪声特性。 功能范围(Functional Areas ) 频谱分析仪的前面板控制分成几组，包含下列功能：频率扫描宽度和幅度(FREQUENCY,SPAN&LITUDE)键以及与此有关的软件菜单可设置频谱仪的三个基本功能。 仪器状态(INSTRUMENT STATE )：功能通常影响整个频谱仪的状态，而不仅是一个功能。 标记(MARKER)功能：根据频谱仪的显示迹线读出频率和幅度 提供信号分析的能力。 控制(CONTRIL)功能：允许调节频谱分析的带宽，扫描时间和 显示。 数字(DATA)键：允许变更激活功能的数值。 窗口(WINDOWS)键：打开窗口显示模式，允许窗口转换，控 制区域扫宽和区域位置。 基本功能(Fundamental Function) 频谱分析仪上有三种基本功能。通过设置中心频率，频率扫宽或者起始和终止频率，操作者可控制信号在频幕上的水平位置。信号的垂直位置由参考电平控制。一旦按下某个键，其
功能就变成了激活功能。与这些功能有关的量值可通过数据输入控制进行改变。 Sets the Center Frequency Adjusts the Span Peaks Signal Amplitude to 频率键(FREQUENCY) 按下频率( FREQUENCY)键，在频幕左侧显示CENTER 表示中心频率功能有效。中心频率(CENTERFREQ)软键标记发亮表示中心频率功能有效。激活功能框为荧屏上的长方形空间，其内部显示中心频率信息。出现在功能框中的数值可通过旋钮，步进键或数字/单位键改变。 频率扫宽键(SPAN) 按下频率扫宽 (SPAN)键， (SPAN)显示在活动功能框中，(SPAN)软键标记发亮，表明频率扫宽功能有效。频率扫宽的大小可通过旋钮，步进键或数字键/单位键改变。 幅度键(AMPLITUDE)按下 按下幅度键(AMPLITUDE)参考电平(REFLEVEL)0dbm显示在 激活功能框中，( REFLEVEL)软键标记发亮，表明参考电平功
频谱分析仪的原理及应用 （远程互动方式） 一、实验目的： 1、熟悉远程电子实验系统客户端程序的操作，了解如何控制远地服务器主机，操作与其连接的电子综合实验板和PCI-1200数据采集卡，具体可参照实验操作说明。 2、了解FFT 快速傅立叶变换理论及数字式频谱分析仪的工作原理，同时了解信号波形的数字合成方法以及程控信号源的工作原理。 3、在客户端程序上进行远程实验操作，由程控信号源分别产生正弦波、方波、三角波等几种典型电压波形，并由数字频谱分析仪对这几种典型电压波形进行频谱分析，并对测量结果做记录。 二、实验原理： 1、理论概要 数字式频谱分析仪是通过A/D 采样器件，将模拟信号转换为数字信号，传给微处理器系统或计算机来处理和显示，与模拟仪器相比，数据的量化更精确，而且很容易实现存储、传输、控制等智能化的功能。电压测量的分辨率取决于A/D 采样器件的位数，例如12位A/D 采样的分辨率是1/4096。在对交流信号的测量中，根据奈奎斯特采样定理，采样速率必须是信号频率的两倍以上，采样频率越高，时间轴上的信号分辨力就越高，所获得的信号就越接近原始信号，在频谱上展现的频带就越宽。 本实验系统基于虚拟仪器构建，数字频谱分析仪是通过PCI-1200数据采集卡来实现的。通过虚拟仪器软件提供的网络通信功能，实现客户端与服务器之间的远程通信。由客户端程序发出操作请求，由服务器接受并按照要求控制硬件实验系统，然后将采集到的实验数据发给客户端，由客户端程序进行处理。 频谱分析仪是在频域进行信号分析测量的仪器之一，它采用滤波或傅立叶变换的方法，分析信号中所含各个频率份量的幅值、功率、能量和相位关系。频谱仪按工作原理，大致可分为滤波法和计算法两大类，本实验所用的数字频谱分析仪采用的是计算法。 计算法频谱分析仪的构成如图1所示： 图1 计算法频谱分析仪构成方框图 数据采集部分由数据采集部分由抗混低通滤波（LP ）、采样保持（S/H ）和模数转换（A/D ）几个部分组成。 数字信号处理（DSP ）部分的核心是FFT 运算。 有限离散序列Xn 和它的频谱X m 之间的傅立叶变换可表示如下： N-1 nm X m = ∑ Xn ·W N n=0 -j2π/N 式中W N = C n,m = 0,1,……,N-1 1 N-1 -nm Xn = － ∑ X m ·W N N m=0 X m 有N 个复数值，由它可获得振幅和相位谱∣X m ∣,φm 。由于时间信号Xn 总是实函数，X m 的N 个值的前后半部分共轭对称。 由于数据采集进行的是有限时间内的信号采集，而不是无限时间信号，在进行FFT 变
安立频谱仪介绍
安立频谱仪使用章程 频谱分析仪的正面图如下： 下面介绍这些按键的功能： 第三章按键功能 硬键 硬键是指在面板上用黑色和蓝色标注的按键，他们有着特殊的功能。功能硬键有四种，他们位于下端，而右端则有17个硬键，这17个硬键中有12个硬键有着双重的功能，这就要看当前所使用的模式而决定它们的功能了。 功能硬键 模式 按一下“MODE（模式）”键，然后用“UP/DOWN（上下）”键来选 择所要操作的模式，然后再按“ENTER（回车）”键来确认所选的模 式。 FREQ/SPAN （频率/频宽）
按一下“FREQ/SPAN(频率/频宽)”键后便会出现“CENTER(中心)、 FREQUENCY（频率）、SPAN(频宽)、START(开始频率)和STOP(截 至频率)的选项。我们可以通过相应的软键来选择相应的功能。AMPLITUDE (幅度) 按一下“AMPLITUDE(幅度)”键后便会出现“REFLEVEL(参考电平)、 SCALE(刻度)、ATTEN(衰减)、REF LEVEL OFFSET(参考电平偏移)、 和UNITS(单位)”选项，我们可以通过相应的软键来选择相应的功能。BW/SWEEP (带宽/扫描) 按一下“BW/SWEEP(带宽/扫描)”键后便会出现“RBW、VBW、 MAXHOLD(保持最大值)、A VERAGE(平均值)和DETECTION（检 测）”选项，我们可以通过相应的软键来选择相应的功能。KEYPAD HARD KEYS (面板上的硬键) 下面的这些按键是用黑色字体标注的 0～9 是当需要进行测量或修改数据时用来输入数据的。 ＋/－ 这个键可以使被操作的数值的符号发生变化即正负变化。 . 入小数点。 ESCAPE CLEAR 这个键的功能是退出当前操作或清楚显示。如果您在进行参数修改时 按一下这个键，则该参数值只保存最后一次操作的有效值，如果再按 一次该键则关闭该参数的设置窗口。再正常的前向移动（就是进入下 层目录）中，按一下这个键则返回上层目录。如果在开该仪器的时候 一直按下该键则仪器将恢复出厂时的设置。 UP/DOWN ARROWS
LAB # 1 – ANALYZING SIGNALS IN THE FREQUENCY DOMAIN INTRODUCTION You have probably connected various equipment to an oscilloscope in order to test various characteristics; if so, you know that the oscilloscope display shows the user a graph of amplitude (voltage) vs. time. Amplitude is on the vertical axis and time is on the horizontal axis. In telecommunications, when dealing with radio frequency (RF) waves, it is often beneficial to view signals in the frequency domain, rather than in the time domain. In the frequency domain, the vertical axis is still amplitude (usually power), but the horizontal axis is frequency instead of time. TIME DOMAIN: Amplitude vs. Time FREQUENCY DOMAIN: Amplitude vs. Frequency In this experiment, we will look at the characteristics of an RF signal using an oscilloscope (time domain) and using a spectrum analyzer (frequency domain). This will prepare you for future labs that deal with frequency-domain signals. MATERIALS & SETUP ? 1 MHz Signal Generator ? Oscilloscope ?HP Spectrum Analyzer ?BNC T-Connector ? Coaxial Cables ?RF adapters Fig. 1-1
频谱分析仪的设计方案及实际应用案例汇总 频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，能分析1 赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。仪器内部若采用数字电路和微处理器，具有存储和运算功能;配置标准接口，就容易构成自动测试系统。 基于MSP430 的FM 音频频谱分析仪的设计方案 本文中主要提出了以MSP43 处理器为核心的音频频谱分析仪的设计方案。以数字信号处理的相关理论知识为指导，利用MSP430 处理器的优势来进行音频频谱的设计与改进，并最终实现了在TFT 液晶HD66772 上面显示。 基于NIOS II 的频谱分析仪的设计与研制 本设计完全利用FPGA 实现FFT，在FPGA 上实现整个系统构建。其中CPU 选用Altera 公司的Nios II 软核处理器进行开发, 硬件平台关键模块使用Altera 公司的EDA 软件QuartusIIV8.0 完成设计。整个系统利用Nios II 软核处理器通过Avalon 总线进行系统的控制。 基于频谱分析仪二代身份证读卡器测量 本文所介绍使用频谱仪检测RFID 读卡器的应用实例也是一种通用检测 方案，可广泛应用在RFID 读卡器和主动式电子标签研发过程中的调试、产线 的检验等多个方面。 基于频谱分析仪分析手机无线测试 本文将对手机无线通信中遇到的问题提出相应的解决方案。手机在进行通信时存在着频段控制、通信质量检测和信号大小控制等问题。被射频工程师
Agilent E4402B ESA-E Series Spectrum Analyzer 使用方法简介 宁波之猫 2009-6-17
目录
1简介 Agilent ESA-E系列是能适应未来需要的Agilent中性能频谱分析仪解决方案。该系列在测量速度、动态范围、精度和功率分辨能力上，都为类似价位的产品建立了性能标准。它灵活的平台设计使研发、制造和现场服务工程师能自定义产品，以满足特定测试要求，和在需要时用新的特性升级产品。该产品
采用单键测量解决方案，并具有易于浏览的用户界面和高速测量的性能，使工程师能把较少的时间用于测试，而把更多的时间用在元件和产品的设计、制作和查错上。 2.面板 操作区 1.观察角度键，用于调节显示，以适于使用者的观察角度。 2.Esc键，可以取消输入，终止打印。 3.无标识键，实现左边屏幕上紧挨的右边栏菜单的功能。 4.Frequency Channel（频率通道）、Span X Scale（扫宽X刻度）和Amplitude Y scale（幅度Y 刻度）三个键，可以激活主要的调节功能（频率、X轴、Y轴）并在右边栏显示相应的菜单。 5.Control（控制）功能区。 6.Measure（测量）功能区。 7.System（系统）功能区。 8.Marker（标记）功能区。 9.软驱和耳机插孔。 10.步进键和旋钮，用于改变所选中有效功能的数值。 11.音量调节。 12.外接键盘插口。 13.探头电源，为高阻抗交流探头或其它附件提供电源。 14.Return键，用于返回先前选择过的一级菜单。 15.Amptd Ref Out，可提供－20dBm的50MHz幅度参考信号。 16.Tab（制表）键，用于在界限编辑器和修正编辑器中四处移动，也用于在有File菜单键所访问对话 框的域中移动。 17.信号输入口（50Ω）。在使用中，接50ΩBNC电缆，探头上必须串联一隔直电容（30PF左右，陶瓷 封装）。探头实物：
Adobe Audition系列教程（二）：频谱分析仪 频谱分析仪是研究信号频谱特征的仪器，在电子技术一日千里的今天，是研究、开发、调试维修中的有力武器。现代频谱分析仪都趋向于智能化，虚拟仪器技术广泛应用，有些就是以专用的计算机系统为核心设计的。其结果是结构大大简化、性能飞速提高。当然专业的频谱分析仪就比示波器更加昂贵了，业余爱好者更难用上。不过不必灰心，我们可以充分利用Adobe Audition的频谱分析功能，让你拥有精确频谱分析仪的美梦成真！ 1. 频谱显示模式 Adobe Audition本身有一种“频谱显示”模式。先打开一段波形，或用《妙用Adobe Audition：数字存储示波器》一文介绍的方法录制一段波形，即可进行频谱分析。这里我们新建一段20秒的对数扫频信号（本文大多选用直接建立的波形，以便了解信号原始波形的标准频谱特征），然后选择“View=>Spectral View”（视图=>频谱），如图1，或点击快捷工具栏的“Toggle between Spectral and Waveform views”（切换频谱视图/波形视图）按扭，即可将波形以频谱显示的方式显示出来，如图2。扫频的频谱显示见图3。 图1
图2 图3 可以看到，横轴为时间，纵轴为频率指示。每个时刻对应的波形频谱都被显示出来了，可以看到扫描速度是指数增加的，即将频率轴取对数时扫描速度是线性的。如图中光标处18秒处频谱指示约11KHz。实际上频谱指示的颜色是代表频谱能量的高低的，颜色从深蓝到红再到黄，指示谱线电平由低到高的变化。这实际上跟地图的地形鸟瞰显示是比较相似的，看图4频谱复杂变化的声音频谱就更容易理解这点了。 图4
频谱分析仪的使用方法 13MHz信号。一般情况下，可以用示波器判断13MHz电路信号的存在与否，以及信号的幅度是否正常，然而，却无法利用示波器确定13MHz电路信号的频率是否正常，用频率计可以确定13MHz电路信号的有无，以及信号的频率是否准确，但却无法用频率计判断信号的幅度是否正常。然而，使用频谱分析仪可迎刃而解，因为频谱分析仪既可检查信号的有无，又可判断信号的频率是否准确，还可以判断信号的幅度是否正常。同时它还可以判断信号，特别是VCO信号是否纯净。可见频谱分析仪在手机维修过程中是十分重要的。 另外，数字手机的接收机、发射机电路在待机状态下是间隙工作的，所以在待机状态下，频率计很难测到射频电路中的信号，对于这一点，应用频谱分析仪不难做到。 一、使用前须知 在使用频谱分析仪之前，有必要了解一下分贝(dB)和分贝毫瓦(dBm)的基本概念，下面作一简要介绍。 1．分贝(dB) 分贝是增益的一种电量单位，常用来表示放大器的放大能力、衰减量等，表示的是一个相对量，分贝对功率、电压、电流的定义如下： 分贝数：101g(dB) 分贝数=201g(dB) 分贝数=201g(dB) 例如：A功率比B功率大一倍，那么，101gA／B=10182’3dB，也就是说，A功率比B功率大3dB， 2．分贝毫瓦(dBm) 分贝毫瓦(dBm)是一个表示功率绝对值的单位，计算公式为： 分贝毫瓦=101g(dBm) 例如，如果发射功率为lmw，则按dBm进行折算后应为：101glmw／1mw=0dBm。如果发射功率为40mw，则10g40w／1mw--46dBm。 二、频谱分析仪介绍 生产频谱分析仪的厂家不多。我们通常所知的频谱分析仪有惠普(现在惠普的测试设备分离出来，为安捷伦)、马可尼、惠美以及国产的安泰信。相比之下，惠普的频谱分析仪性能最好，但其价格也相当可观，早期惠美的5010频谱分析仪比较便宜，国产的安泰5010频谱分析仪的功能与惠美的5010差不多，其价格却便宜得多。 下面以国产安泰5010频谱分析仪为例进行介绍。 1．性能特点 AT5010最低能测到2.24uv，即是-100dBm。一般示波器在lmv，频率计要在20mv以上，跟频谱仪比相差10000倍。如用频率计测频率时，有的频率点测量很难，有的频率点测最不准，频率数字显示不稳定，甚至测不出来。这主要足频率计灵敏度问题，即信号低于20mv频率计就无能为力了，如用示波器测量时，信号5％失真示波器看不出来，在频谱仪上万分之一的失真都能看出来。
Aｄobe Auditｉon系列教程（二)：频谱分析仪 频谱分析仪是研究信号频谱特征的仪器，在电子技术一日千里的今天,是研究、开发、调试维修中的有力武器。现代频谱分析仪都趋向于智能化，虚拟仪器技术广泛应用，有些就是以专用的计算机系统为核心设计的。其结果是结构大大简化、性能飞速提高。当然专业的频谱分析仪就比示波器更加昂贵了,业余爱好者更难用上。不过不必灰心,我们可以充分利用ＡdｏbｅAudition的频谱分析功能,让你拥有精确频谱分析仪的美梦成真!? 1. 频谱显示模式? Ａdoｂe Audition本身有一种“频谱显示”模式。先打开一段波形,或用《妙用Adobe Auｄｉtioｎ:数字存储示波器》一文介绍的方法录制一段波形，即可进行频谱分析。这里我们新建一段２0秒的对数扫频信号(本文大多选用直接建立的波形,以便了解信号原始波形的标准频谱特征），然后选择“Vｉeｗ=>Sｐectral Vieｗ”(视图=＞频谱)，如图1，或点击快捷工具栏的“Togｇle bｅtwｅen Ｓｐectral and Wavｅｆorm vｉews”(切换频谱视图／波形视图）按扭,即可将波形以频谱显示的方式显示出来，如图2。扫频的频谱显示见图３。 图1
图2 图3 可以看到，横轴为时间,纵轴为频率指示。每个时刻对应的波形频谱都被显示出来了，可以看到扫描速度是指数增加的，即将频率轴取对数时扫描速度是线性的。如图中光标处18秒处频谱指示约1１KＨz。实际上频谱指示的颜色是代表频谱能量的高低的,颜色从深蓝到红再到黄，指示谱线电平由低到高的变化。这实际上跟地图的地形鸟瞰显示是比较相似的，看图4频谱复杂变化的声音频谱就更容易理解这点了。 图4
R3131A频谱仪简单操作使用方法 一．R3131A频谱仪简介。 R3131A频谱仪是日本ADV ANTEST公司的产品，用于测量高频信号，可测量的频率范围为9K—3GHz。对于GSM手机的维修，通过频谱仪可测量射频电路中的以下电路信号, （维修人员可以通过对所测出信号的幅度、频率偏移、干扰程度等参数的分析，以判断出故障点，进行快速有效的维修）： 1.手机参考基准时钟（13M,26M等）； 2.射频本振（RFVCO）的输出频率信号(视手机型号而异)； 3.发射本振（TXVCO）的输出频率信号（GSM:890M—915M;DCS:1710—1785M）； 4.由天线至中频芯片间接收和发射通路的高频信号； 5.接收中频和发射中频信号(视手机型号而异)。 面板上各按键（如图-1所示）的功能如下： A区：此区按键是其他区功能按键对应的详细功能选择按键，例如按下B区的FREQ 键后，会在屏幕的右边弹出一列功能菜单，要选择其中的“START”功能就可通过按下其对 （图-1） B区：此区按键是主要设置参数的功能按键区，包括：FREQ—中心频率； SPAN—扫描频率宽度；LEVEL—参考电平。此区中按键只需直接按下对应键输入数值及单位即可。 C区：此区是数字数值及标点符号选择输入区，其中“1”键的另一个功能是“CAL(校
准)”，此功能要先按下“SHIFT(蓝色键)”后再按下“1”键进行相应选择才起作用； “-”是退格删除键，可删除错误输入。 D 区：参数单位选择区，包括幅度、电平、频率、时间的单位，其中“Hz ”键还有“ENTER(确认)”的作用。 E 区：系统功能按键控制区，较常使用的有“SHIFT ”第二功能选择键，“SHIFT+CONFIG(PRESET )”选择系统复位功能，“RECALL ”调用存储的设置信息键，“SHIFT+RECALL(SA VE )”选择将设置信息保存功能。 F 区：信号波形峰值检测功能选择区。 G 区：其他参数功能选择控制区，常用的有“BW ”信号带宽选择及“SWEEP ”扫描时间选择,“SWEEP ”是指显示屏幕从左边到右边扫描一次的时间。 显示屏幕上的信息(如图-2所示)。 二．一般操作步骤。[“ ”表示的是菜单面板上直接功能按键，“ ” 表 示单个菜单键的详细功能按键（在显示屏幕的右边）]： 1） 按Power On 键开机。 2） 每次开始使用时，开机30分钟后进行自动校准，先按 Shift+7（cal ） ，再选择 cal all 键，校准过程中出现“Calibrating ”字样，校准结束后如通过则回复校准前状态。校准过程约进行3分钟。 3） 校准完成后首先按 FREQ 键，设置中心频率数值，例如需测中心频率为902.4M 的信
AdoｂｅＡｕditｉon系列教程(二)：频谱分析仪 频谱分析仪是研究信号频谱特征的仪器,在电子技术一日千里的今天,是研究、开发、调试维修中的有力武器。现代频谱分析仪都趋向于智能化,虚拟仪器技术广泛应用，有些就是以专用的计算机系统为核心设计的。其结果是结构大大简化、性能飞速提高。当然专业的频谱分析仪就比示波器更加昂贵了,业余爱好者更难用上。不过不必灰心,我们可以充分利用AdobｅＡｕdiｔiｏn的频谱分析功能,让你拥有精确频谱分析仪的美梦成真! 1. 频谱显示模式 AｄobｅAudition本身有一种“频谱显示”模式。先打开一段波形,或用《妙用Adobe Ａuｄitｉｏn：数字存储示波器》一文介绍的方法录制一段波形，即可进行频谱分析。这里我们新建一段2０秒的对数扫频信号（本文大多选用直接建立的波形，以便了解信号原始波形的标准频谱特征）,然后选择“Viｅｗ=＞Spe ｃtrａl Ｖiew”（视图=＞频谱）,如图1，或点击快捷工具栏的“Ｔｏｇgle ｂetween Sｐeｃｔraｌ and Ｗaveform views”(切换频谱视图/波形视图)按扭，即可将波形以频谱显示的方式显示出来，如图2。扫频的频谱显示见图3。 图1
图２ 图3 可以看到，横轴为时间,纵轴为频率指示。每个时刻对应的波形频谱都被显示出来了,可以看到扫描速度是指数增加的，即将频率轴取对数时扫描速度是线性的。如图中光标处18秒处频谱指示约11KＨz。实际上频谱指示的颜色是代表频谱能量的高低的,颜色从深蓝到红再到黄,指示谱线电平由低到高的变化。这实际上跟地图的地形鸟瞰显示是比较相似的，看图4频谱复杂变化的声音频谱就更容易理解这点了。
电磁干扰测量与诊断 当你的产品由于电磁干扰发射强度超过电磁兼容标准规定而不能出厂时，或当由于电路模块之间的电磁干扰，系统不能正常工作时，我们就要解决电磁干扰的问题。要解决电磁干扰问题，首先要能够“看”到电磁干扰，了解电磁干扰的幅度和发生源。本文要介绍有关电磁干扰测量和判断干扰发生源的方法。 １．测量仪器 谈到测量电信号，电气工程师首先想到的可能就是示波器。示波器是一种将电压幅度随时间变化的规律显示出来的仪器，它相当于电气工程师的眼睛，使你能够看到线路中电流和电压的变化规律，从而掌握电路的工作状态。但是示波器并不是电磁干扰测量与诊断的理想工具。这是因为： A. 所有电磁兼容标准中的电磁干扰极限值都是在频域中定义的，而示波器显示出的时域波形。因此测试得到的结果无法直接与标准比较。为了将测试结果与标准相比较，必须将时域波形变换为频域频谱。 B. 电磁干扰相对于电路的工作信号往往都是较小的，并且电磁干扰的频率往往比信号高，而当一些幅度较低的高频信号叠加在一个幅度较大的低频信号时，用示波器是无法进行测量。 C. 示波器的灵敏度在mV级，而由天线接收到的电磁干扰的幅度通常为V级，因此示波器不能满足灵敏度的要求。 测量电磁干扰更合适的仪器是频谱分析仪。频谱分析仪是一种将电压幅度随频率变化的规律显示出来的仪器，它显示的波形称为频谱。频谱分析仪克服了示波器在测量电磁干扰中的缺点，它能够精确测量各个频率上的干扰强度。 对于电磁干扰问题的分析而言，频谱分析仪是比示波器更有用的仪器。而用频谱分析仪可以直接显示出信号的各个频谱分量。 1.1 频谱分析仪的原理 频谱分析仪是一台在一定频率范围内扫描接收的接收机，它的原理图如图1所示。 图1 频谱分析仪的原理框图
目录 1仪器的一般性说明 ..................... 错误！未定义书签。 1.1仪器的主要功能简介 ......... 错误！未定义书签。 1.2选择机型介绍 ..................... 错误！未定义书签。 1.3可供选购功能附件的介绍 . 错误！未定义书签。 1.4随机标准配置附件的说明 . 错误！未定义书签。 1.5预防性护理 ......................... 错误！未定义书签。 1.6年检和校准说明 ................. 错误！未定义书签。 1.7静电放电（ESD）的保护方法错误！未定义书签。 1.8电池的更换 ......................... 错误！未定义书签。 1.9使用软背包 ......................... 错误！未定义书签。 1.10有关的技术支持和服务信息错误！未定义书签。 2熟悉仪器 (3) 2.1打开频谱分析仪 (3) 2.1.1频谱分析仪前面板介绍 (3) 2.1.2测试面板介绍 (5) 2.2人机交互界面介绍 (5) 2.2.1屏幕显示信息介绍 (5) 2.2.2菜单操作 (6) 2.2.3符号与指示 (7) 2.2.4数据输入 (7) 2.3测量模式选择 (8) 2.4菜单详解 (8) 2.4.1AMP按键 (8) 2.4.2CPL按键 (10) 2.4.3FREQ按键 (10) 2.4.4MARK按键 (11) 2.4.5MEAS按键 (12) 2.4.6MEAS/SETUP按键 (13) 2.4.7PEAK按键 (14) 2.4.8SAVE按键 (15) 2.4.9SYS按键 (16) 3频谱测量 (17) 3.1测量类型选择 (17) 3.2频谱扫描的功能和使用 (17) 3.2.1基础测量 (17) 3.2.2基本参数设置 (27) 3.2.3测量参数设置 (31) 3.2.4基本使用 (37) 3.3通道功率 (45) 3.3.1基础测量 (45) 3.3.2基本参数设置 (49) 3.3.3测量参数设置 (49) 3.3.4基本使用 (51) 3.4邻道功率 (52) 3.4.1基础测量 (52) 3.4.2基本参数设置 (53) 3.4.3测量参数设置 (54) 3.4.4基本使用 (56) 3.5占用带宽 (57) 目录－1
正确使用频谱分析仪需注意的几点 首先，电源对于频谱分析仪来说是非常重要的，在给频谱分析仪加电之前，一定要确保电源接确，保证地线可靠接地。频谱仪配置的是三芯电源线，开机之前，必须将电源线插头插入标准的三相插座中，不要使用没有保护地的电源线，以防止可能造成的人身伤害。 其次，对信号进行精确测量前，开机后应预热三十分钟，当测试环境温度改变3—5度时，频谱仪应重新进行校准。 三，任何频谱仪在输入端口都有一个允许输入的最大安全功率，称为最大输入电平。如国产多功能频谱分析仪AV4032要求连续波输入信号的最大功率不能超过＋30dBmW（1W），且不允许直流输入。若输入信号值超出了频谱仪所允许的最大输入电平值，则会造成仪器损坏；对于不允许直流输入的频谱仪，若输入信号中含有直流成份，则也会对频谱仪造成损伤。 一般频谱仪的最大输入电平值通常在前面板靠近输入连接口的地方标出。如果频谱仪不允许信号中含有直流电压，当测量带有直流分量的信号时，应外接一个恰当数值的电容器用于隔直流。 当对所测信号的性质不太了解时，可采用以下的办法来保证频谱分析仪的安全使用：如果有RF功率计，可以用它来先测一下信号电平，如果没有功率计，则在信号电缆与频谱仪的输入端之间应接上一个一定量值的外部衰减器，频谱仪应选择最大的射频衰减和可能的最大基准电平，并且使用最宽的频率扫宽（SPAN），保证可能偏出屏幕的信号可以清晰看见。我们也可以使用示波器、电压表等仪器来检查DC及AC信号电平。 频谱分析仪的工作原理 频谱分析仪架构犹如时域用途的示波器,外观如图1.2所示,面板上布建许多功能控制按键,作为系统功能之调整与控制,系统主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性.频谱分
频谱分析是观察和测量信号幅度和信号失真的一种快速方法，其显示结果可以直观反映出输入信号的傅立叶变换的幅度。信号频域分析的测量范围极其宽广，超过140dB，这使得频谱分析仪成为适合现代通信和微波领域的多用途仪器。频谱分析实质上是考察给定信号源，天线，或信号分配系统的幅度与频率的关系，这种分析能给出有关信号的重要信息，如稳定度，失真，幅度以及调制的类型和质量。利用这些信息，可以进行电路或系统的调试，以提高效率或验证在所需要的信息发射和不需要的信号发射方面是否符合不断涌现的各种规章条例。 现代频谱分析仪已经得到许多综合利用，从研究开发到生产制造，到现场维护。新型频谱分析仪已经改名叫信号分析仪，已经成为具有重要价值的实验室仪器，能够快速观察大的频谱宽度，然后迅速移近放大来观察信号细节已受到工程师的高度重视。在制造领域，测量速度结合通过计算机来存取数据的能力，可以快速，精确和重复地完成一些极其复杂的测量。 有两种技术方法可完成信号频域测量（统称为频谱分析）。 1．FFT分析仪用数值计算的方法处理一定时间周期的信号，可提供频率；幅度和相位信息。这种仪器同样能分析周期和非周期信号。FFT 的特点是速度快；精度高，但其分析频率带宽受ADC采样速率限制，适合分析窄带宽信号。 2．扫频式频谱分析仪可分析稳定和周期变化信号，可提供信号幅度和频率信息，适合于宽频带快速扫描测试。
图1 信号的频域分析技术 快速傅立叶变换频谱分析仪 快速傅立叶变换可用来确定时域信号的频谱。信号必须在时域中被数字化，然后执行FFT算法来求出频谱。一般FFT分析仪的结构是：输入信号首先通过一个可变衰减器，以提供不同的测量范围，然后信号经过低通滤波器，除去处于仪器频率范围之外的不希望的高频分量，再对波形进行取样即模拟到数字转换，转换为数字形式后，用微处理器（或其他数字电路如FPGA,DSP）接收取样波形，利用FFT计算波形的频谱，并将结果记录和显示在屏幕上。 FFT分析仪能够完成多通道滤波器式同样的功能，但无需使用许多带通滤波器，它使用数字信号处理来实现多个独立滤波器相当的功能。从概念上讲，FFT方法
频谱分析仪 Spectrum Analyzer 系统主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性.频谱分析仪依信号处理方式的不同,一般有两种类型;即时频谱分析仪(Real-Time Spectrum Analyzer)与扫描调谐频谱分析仪(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer). 即时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅,其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器(Detector),再经由同步的多工扫描器将信号传送到CRT萤幕上,其优点是能显示周期性杂散波(Periodic Random Waves)的瞬间反应,其缺点是价昂且性能受限於频宽范围,滤波器的数目与最大的多工交换时间(Switching Time). 最常用的频谱分析仪是扫描调谐频谱分析仪,其基本结构类似超外差式接收器,工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混波器,可调变的本地振荡器经与CRT同步的扫描产生器产生随时间作线性变化的振荡频率,经混波器与输入信号混波降频后的中频信号(IF)再放大,滤波与检波传送到CRT的垂直方向板,因此在CRT的纵轴显示信号振幅与频率的对应关系. 影响信号反应的重要部份为滤波器频宽,滤波器之特性为高斯滤波器(Gaussian-Shaped Filter),影响的功能就是量测时常见到的解析频宽(RBW,ResolutionBandwidth).RBW代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的最低频宽差异,两个不同频率的信号频宽如低於频谱分析仪的RBW,此时该两信号将重叠,难以分辨,较低的RBW固然有助於不同频率信号的分辨与量测,低的RBW将滤除较高频率的信号成份,导致信号显示时产生失真,失真值与设定的RBW密切相关,较高的RBW固然有助於宽频带信号的侦测,将增加杂讯底层值(Noise Floor),降低量测灵敏度,对於侦测低强度的信号易产生阻碍,因此适当的RBW宽度是正确使用频谱分析仪重要的概念. (9)中频带宽选择(400kHz、20kHz)：选在20kHz带宽时，噪声电平降低，选择性提高，能分隔开频率更近的谱线。此时，若扫频宽度过宽，则由于需要更长的扫描时间，从而造成信号过渡过程中信号幅度降低，使测量不正确。此时“校准失效”LED发亮即表明这一点。 (10)视频滤波器选择(VIDEOFILTER)：可用来降低屏幕上的噪声，它使得正常情况下，平均噪声电平刚好高出其信号(小信号)谱线，以便于观察。该滤波器带宽是4kHz。 (11)Y移位调节(Y-POS)：调节射速垂直方向移动。 (12)BNC 5011输入端口(1NPUT 5011)：在不用输入衰减时，不允许超出的最大允许输入电压为+25V(DC)和十10dBm(AC)。当加上40dB最大输入衰减时，最大输入电压为+20dBm。 (13)衰减器按钮：输入衰减器包括有4个10dB衰减器，在信号进入第一混频器之前，利用衰减器按钮可降低信号幅度。按键压下时衰减器接人。
Ａｇilent E4４02B ESA－EＳeries SpectruｍAｎ alyzer 使用方法简介 宁波之猫 200９-６-17
?目录 1简介............................................................................................. 错误!未定义书签。 2.面板............................................................................................. 错误!未定义书签。 2.1操作区?错误!未定义书签。 2.2 屏幕显示......................................................................... 错误!未定义书签。３.各功能区的使用....................................................................... 错误!未定义书签。 ３.1 Conｔrol（控制）功能区 ............................................ 错误!未定义书签。 3．１.1 FreqｕｅｎcｙＣhａnnel:?错误!未定义书签。 ３．1.2Ｓpan X Sｃale?错误!未定义书签。 3．1.3Aｍpｌｉtuｄe ＹＳcalｅ .......................... 错误!未定义书签。 3．1.4 Input/Ｏuｔput ................................................... 错误!未定义书签。 3.１．5 Vｉew／Tｒａｃe?错误!未定义书签。 3.1.6 Display?错误!未定义书签。 3.1.7 Mode ..................................................................... 错误!未定义书签。 3.1.8 Det／Demod?错误!未定义书签。 3．1.9Ａｕto Cuple?8 3.1．１0BW/Avg?错误!未定义书签。 3．1.11 Tｒｉg ............................................................. 错误!未定义书签。 3．1．12 Ｓiｎgｌe?错误!未定义书签。 3.1．1３Ｓｗeep?错误!未定义书签。 ３.1．１4Ｓoｕrｃe?错误!未定义书签。 3．2 Ｍeasurｅ（测量）功能区?错误!未定义书签。 3.２.1Ｍeaｓｕre?错误!未定义书签。 3．2．2 Meａs Sｅｔup .............................................. 错误!未定义书签。 3.2.3 Ｍeａs Contｒｏl ................................................ 错误!未定义书签。 3.3 Ｓystem（系统）功能区............................................... 错误!未定义书签。 3．３.１System ......................................................... 错误!未定义书签。 3.3.2 Preset?错误!未定义书签。 3．３.3 Fｉle?错误!未定义书签。 3.3．4 Ｐrｉｎt Setup&Ｐrint .................................. 错误!未定义书签。 ３.４Mａrkeｒ（标记)功能区?错误!未定义书签。 3.4．1 Mａrkeｒ........................................................... 错误!未定义书签。 3.4.2 Ｐeak Seａrch ................................................... 错误!未定义书签。 ３.4.3 Freq Couｎt?错误!未定义书签。 3.４.4Mａrkｅｒ→?错误!未定义书签。 4.测试步骤举例............................................................................. 错误!未定义书签。
课程 电子测量 学号 姓名 成绩 实验名称 实验五 频谱分析仪的使用 一、 实验目的 正确设置频谱分析仪的各项参数，观测输入的各种波形信号的幅度谱，达到熟练使用频谱仪的目的。 二、实验原理 1、频谱分析仪原理 现代频谱分析仪是一种“外差式FFT 分析仪”，其组成如图5.1所示。被测信号经输入衰减之后进入混频电路，在扫描本振信号的作用下，被测信号的各种频率成分被依次混频，然后以固定的中频频率通过中频滤波器，被选择出来进行后续处理。在数字中频处理电路中，被测信号的各个频率分量被量化、正交分解、时-频域变换，最后送入显示器。 图5.1 现代频谱分析仪的组成 2、 被测信号的频谱 本实验将使用频谱分析仪观测正弦波、方波、三角波信号的幅度谱。 （1）正弦波的频谱 对一个周期为T ，幅度为A 的连续余弦波，其表达式为：t A t u 0cos )(ω=，其中T π ω20= （2）方波的频谱（类似图5.2） 图5.2方波的频谱图 对周期为T 高为1的方波，付氏展开：)3cos 3 1 (cos 1 )(00 +-= t t t u ωωπ 信号 输入
可见，方波偶数项为0。基波幅度最大，奇次项幅度随谐波次数的增加而递减。 （3）三角波的频谱（类似图5.3） 对周期为T 高为1的三角波， 付氏展开：)3cos 3 1 (cos 8 )(0202 +- = t t t u ωωπ 图5.3三角波的频谱图 三角波的频谱与方波类似，仅有奇次分量，谐波幅度也随谐波次数的增加而递减。但三角波的谐波幅度收敛更快，因为幅度值与谐波次数的平方成反比。 三、频谱仪的操作 影响频谱仪幅度谱迹线显示的因素有频率（横轴）、幅度（纵轴）两方面。 1、 频率 （1）与频率显示有关的频谱仪指标 ● 频率范围：频谱仪能够进行正常工作的最大频率区间。 ● 扫描宽度：表示频谱仪在一次测量过程中所显示的频率范围，可以小于或 等于输入频率范围。通常根据测试需要自动调节，或手动设置。 ● 频率分辨率：能够将两个相邻频谱分量（两条相邻谱线）分辨出来的能力。 频率分辨率由中频滤波器带宽和选择性决定，还受本振频率稳定度影响。 ● 扫描时间：进行一次全频率范围的扫描、并完成测量所需的时间。通常希 望扫描时间越短越好，但为了保证测量精度，扫描时间必须适当。 （2）与频率显示有关的频谱仪功能设置键 ● Span ：设置当前测量的频率范围。 ● 中心频率：设置当前测量的中心频率。 ● RBW ：设置分辨率带宽。通常RBW 的设置与Span 联动。 2、 幅度 （1）与幅度显示有关的频谱仪指标 ● 动态范围：同时可测的最大与最小信号的幅度之比。通常是指从不加衰减 时的输入信号电平起，直到最小可用信号电平为止的信号幅度变化范围。