仪器原理及使用

1、仪器原理及使用技术部京信通信技术有限公司2004.7.22 v1.0密级：保密目录信号分析原理频谱仪原理频谱仪参数特性矢量图介绍频谱仪使用密级：保密信号分析原理n正弦波信号的三个参数：幅度、频率、正弦波信号的三个参数：幅度、频率、相位相位时域频域A0tTA0ff=1/T密级：保密信号分析原理n调制信号就是改变正弦波的参数调制信号就是改变正弦波的参数AM (调幅)FM (调频)PM (调相)密级：保密信号分析原理n周期信号的分解与变换周期信号的分解与变换密级：保密信号分析原理n信号的时域与频域测试信号的时域与频域测试时间幅度(power)频率时域内的测试频域内的测试密级：保密频谱仪原理n简单的频

2、谱仪原理框图简单的频谱仪原理框图低通滤波器晶振LogAmp衰减器ATT混频器中频滤波器RBW检波器Detector视频滤波器VBW本振扫描产生器中频放大REF LevelInputsignaldisplay密级：保密频谱仪原理n频谱仪对信号功率的测试过程频谱仪对信号功率的测试过程衰减（ATT)变频处理中频带通处理（RBW）检波处理视频滤波处理（VBW）检波方式处理显示密级：保密频谱仪原理n输入射频衰减器输入射频衰减器：仪器中表现为仪器中表现为ATT作用作用：1.保证宽频带良好的匹配特性。 2.衰减输入射频信号，保护混频及中 频处理电路。一般ATT以10dB为步进（也有以5dB为步进的），ATT

3、与中频放大器是联动工作的，ATT变化时中频放大器增益也会变化，所以不会引起显示电平的变化。ATT越小，仪器灵敏度越高。ATT=0dB会增加输入驻波比，降低测量精度。密级：保密频谱仪原理n输入射频衰减器对噪声底的影响输入射频衰减器对噪声底的影响ATT值越大，中频放大器的增益越高，噪声底就越高密级：保密频谱仪原理n中频放大器：仪器表现为中频放大器：仪器表现为REF Level作用：放大中频信号改变参考电平（ REF Level）其实就是改变中频放大器的增益。测试时，最大信号要在参考电平以下，否则易引起过载，造成测试结果不准。屏幕最上面的网格线就是参考电平，所以最好使最大信号置于屏幕顶端下来1/3格

4、左右，测试结果最准确。密级：保密频谱仪原理n中频滤波器：仪器表现为中频滤波器：仪器表现为RBW作用：是一个可变带宽的滤波器RBW值就是当前仪器能分辩的最小带宽，频率间隔小于RBW的信号是分辨不出来的。RBW值越小，则分辨率越高，而扫描时间就越长。RBW值越小，则滤波器带宽越窄，噪声底就越低。密级：保密频谱仪原理n不同不同RBW设置设置对测试结果的影响对测试结果的影响显示显示输入频谱输入频谱中频滤波器的带宽中频滤波器的带宽(RBW)密级：保密频谱仪原理nRBW值对噪声底的影响值对噪声底的影响RBW值越大，滤波器带宽越宽，通过的噪声越多，噪声底就越高100 kHz RBW10 kHz RBW1 k

5、Hz RBW10 dB10 dB密级：保密频谱仪原理n检波器检波器:Detector作用：把信号功率转换为视频电压检波方式：Peak 最高点检波（取最高点）Neg Peak 负峰值检波（取最低点）AUTO Peak Sample 取样检波（取第一个取样值）RMS 有效值检波（取所有取样点的均方根）QPK 准峰值检波，EMC测试时用得多密级：保密频谱仪原理n不同的检波器在显示屏上不同的数据处理不同的检波器在显示屏上不同的数据处理pixel n(8 samples)pixel n+1(8 samples)displayed pixels rms A/D samples(linear range)s

6、1 s2 s3 s4 s5 s6 s6 s8 s1 s2 s3 s4 s5 s6 s6 s8 i =18si218prms=max peakmin peaksample抽样8个点，但在屏幕上只显示一个点密级：保密频谱仪原理n检波器检波器对测量结果的影响对测量结果的影响针对不同特性输入信号，需采用不同检波方式才能准确测出该信号功率。CW信号：Peak检波，RBW、VBW尽量小连续谱调制信号：RMS检波，VBW3RBW噪声及杂散信号：Sample检波并功率平均处理信号的包络波形：Sample检波并电压平均处理建议把检波方式置于自动，让仪器自动完成相关设置密级：保密频谱仪原理n视频滤波器：仪器表现为

7、视频滤波器：仪器表现为VBW作用：1、对检波后信号进行低通滤波处理。 2、减小显示噪声的抖动范围。减小VBW值有利于发现淹没在噪声中的小功率CW信号。VBW值越小，平滑作用越明显。密级：保密频谱仪原理n视频滤波器对噪声的平滑作用视频滤波器对噪声的平滑作用VBW=300KHzVBW=1KHz密级：保密频谱仪参数特性n 滤波器特性 n 相位噪声（频谱纯度）n 灵敏度n 系统非线性n 动态范围n 测量精度密级：保密频谱仪参数特性n中频中频滤波器特性滤波器特性3 dB60 dB60 dBBW60 dB BW3 dB BW3 dB BW矩形系数 =密级：保密频谱仪参数特性n中频中频滤波器滤波器矩形系数越

8、小，对不等幅信矩形系数越小，对不等幅信号的频率分辨率越高号的频率分辨率越高RBW = 10 kHzRBW = 1 kHz失真产物60 dB BW = 15 kHz7.5 kHz3 dB60 dB10 kHz10 kHz矩形系数15:1密级：保密频谱仪参数特性n相位噪声相位噪声相位噪声本质上反映信号频率的短期稳定度。仪器的相位噪声决定于晶振的相位噪声。例子：Phase NoisedBc/Hz1Hz带宽Offset freq.f0-105 dBc/Hz10kHz offset意味着：在偏移信号载波10kHz处1Hz带宽内噪声功率（功率谱密度）比载波功率低105 dB密级：保密频谱仪参数特性n相位噪

9、声对测试结果的影响相位噪声对测试结果的影响无法识别密级：保密频谱仪参数特性n灵敏度灵敏度灵敏度定义为在一定分辨带宽下显示的平均噪声电平（DANL），是仪器的重要指标。仪器内部混频器及各级放大器会产生噪声，通过检波器反映为显示白噪声电平（DANL）。最终显示信号电平为输入信号电平和仪器噪声的功率和，被测信号的电平等于仪表噪声时，信号则近似3dB突起显示在噪声电平上。当信号比仪器噪声功率大1020dB以上，仪器噪声的影响可忽略不计。密级：保密频谱仪参数特性n提高测试灵敏度的技术方法提高测试灵敏度的技术方法减小仪器输入衰减器（ATT）。减小仪器分辨率带宽（RBW）。充分利用视频滤波器（VBW）VBW

10、0.10.01RBW。增加前置放大器（会影响动态范围）。密级：保密频谱仪参数特性n系统非线性系统非线性三阶交调谐波密级：保密频谱仪参数特性n三阶交调三阶交调在指标上一般表现为三阶截获点（TOI），TOI越高表示仪器的失真越小。 -50 dBcff2f - f1212Powerin dB33212f - f三阶交调产物三阶交调产物变化规律密级：保密频谱仪参数特性n三阶交调产物的鉴别三阶交调产物的鉴别密级：保密频谱仪参数特性 -50 dBc -40 dBc3f2f3fPowerin dB2n谐波谐波测试时要注意谐波的影响，避免误判谐波失真产物谐波失真产物变化规律密级：保密频谱仪参数特性n动态范围动

11、态范围动态范围表征仪器同时测量大小信号能力。例子：测试主信号10MHz外100kHz带宽内的杂散信号（-95dBm）10dBm 仪器灵敏度-155dBm/Hz噪声电平： -155dBm/Hz20dB=-135dBm/HzATT=20dB100 kHz10MHz100kHz内噪声电平：-135dBm/Hz10log(100k)=-85dBm/100kHz被测信号要求-95dBm，故无法测试，需要更高动态范围的仪器才能直接测到密级：保密频谱仪参数特性n测量精度测量精度分频率测量精度与幅度测量精度。频率测量精度l光标读数： (频率读数X参考频率误差+0.5%X频率跨度+10%X分辨带宽+最后显示位X

12、1/2)l计数器读数: (频率读数X参考频率误差+最后显示位X1/2)密级：保密频谱仪参数特性n测量精度测量精度幅度测量精度n频率响应n衰减器误差n中频增益误差n线性误差n带宽切换误差n失配误差误差来源：密级：保密矢量图介绍n矢量图可以反映信号的相位和幅度，是描述调制信号的一种直观有效方法。相位幅度0 deg符号点密级：保密矢量图介绍PhaseMag0 deg调幅Phase0 deg调相调频调幅调相0 deg0 deg密级：保密矢量图介绍n调制质量（RHO）：主要影响参数有时间偏差、频率误差、相位误差、矢量误差、幅度误差等。IQ幅度误差幅度误差矢量误差矢量误差理想信号理想信号相位误差相位误差实

13、际实际信号信号f f密级：保密矢量图介绍n调制方式越复杂，符号点数量多，每符号代表比特率多。相同比特率传输条件下调制信号占用频带窄，带宽利用率高。GSMGMSKCDMAQPSK(BTS) OQPSK(MS)WCDMAQPSK(BTS) HPSK(MS)PHSPSKAEVD16QAMWLAN(802.11b）QPSK密级：保密矢量图介绍PSK10IQ000111PSKIQIQ01BPSKMSKIQPSKIQ8PSKIQ密级：保密矢量图介绍nCDMA信号矢量图实例：波形质量时间偏差频率误差矢量误差幅度幅度误差相位误差密级：保密矢量图介绍n调制方式越复杂，信号抗干扰性差，需利用大发射功率来克服干扰影

14、响达到通信质量要求。IQ矢量和矢量和信号信号干扰干扰IQ矢量和矢量和信号信号干扰干扰密级：保密频谱仪使用nR-3131A频谱仪面板频谱仪面板软菜单设置显示屏电源开关扫频输出口数据输入区测试状态设置测试结果读取系统管理射频输入口测试状态设置密级：保密频谱仪使用n频率设置频率设置 FREQ FREQ FREQ输入所需频率(DATA区域)STARTSTOP输入所需开始频率输入所需结束频率中心频率设置：频段设置：密级：保密频谱仪使用n带宽设置带宽设置 SPAN输入所需带宽(DATA区域)密级：保密频谱仪使用n标识点设置标识点设置 PK SRCH MKRpeak menumin peak MKRnorm

15、al marker最高点设置最小点搜寻标识点正常标识设置密级：保密频谱仪使用n标识点设置标识点设置 MKRDelta marker MKRDelta marker1/2，moreFixed peak on/off MKRPeak menuCont peak on/offDISPLAYDisplay line on/off输入电平值 设成 on设成 on设成 on相对点设置固定相对点设置跟踪最高点设置绝对参考线设置密级：保密频谱仪使用n参考点设置参考点设置DISPLAYRef line on/off输入电平值 LEVEL输入电平值 LEVELRef offset on/off输入偏移量设成 on

16、设成 on相对参考线设置参考电平设置参考电平偏移量设置密级：保密频谱仪使用n输入阻抗设置输入阻抗设置 LEVELinput 50/75设成所需阻抗一般为50 LEVELunitdBm TGTG level输出功率电平值n单位设置单位设置n输出功率设置输出功率设置密级：保密频谱仪使用 TGTG offSHIFT CONFIGn关掉输出功率设置关掉输出功率设置n复位复位密级：保密频谱仪使用n视频带宽设置视频带宽设置 BWVBW AUTO/MNLAUTO 自动设置 MNL 手动设置 输入带宽值 BWRBW AUTO/MNLAUTO 自动设置 MNL 手动设置输入带宽值 n分辨率带宽设置分辨率带宽设置

17、密级：保密频谱仪使用n扫描时间设置扫描时间设置 SWEEPSwp time AUTO/MNLAUTO 自动设置MNL 手动设置 输入扫描时间密级：保密频谱仪使用n波动常规测法波动常规测法:先寻找频带内最低点，再测量最高点与最低点的功率差。扫频测试MKRPeakMenuCont PeakON/OFFMKRPeakMenuCont PeakON/OFFMin PeakDeltamarkerPK SRCH注意：测试前请关闭自动最高点搜索功能密级：保密频谱仪使用点频测试TRACEMax HoleADISPLAYRef LineON/OFF对测试点抽样保持后：方法1：关闭自动最高点搜索功能，灵活应用 功

18、能测试最高点与最低点的功率差。方法2：打开参考线，把线移到最低点处，读数即波动值。，moreCont PeakON/OFF注意：测试前请打开自动最高点搜索功能PeakMenu密级：保密频谱仪使用n如何退出波动测试状态MARK点恢复正常。MKRNormalMarker屏幕采样恢复正常。TRACEWriteA密级：保密频谱仪使用n选择性常规测法选择性常规测法：以3dB带宽为例。MEASXdB DownCont DownON/OFF输入3dBXdB DownCont PeakON/OFF注意：1、测试前请关闭自动最高点搜索功能 2、测试前Mark点先置于有效频带中心。 3、要继续测试XdB带宽，请在

19、“输入3dB”步骤前加入 ，重复n测试后退出测试状态MKRNormalMarker输入XdBXdB DownCont DownON/OFF，密级：保密频谱仪使用n增益调节线性常规测法增益调节线性常规测法：在0dB衰减时定住测试点。MKRDeltamarker，moreFixed MKRON/OFF注意：1、测试前请打开自动最高点搜索功能 2、为了减少读数的跳动，RBW可以设大点，VBW可设小点（SWT尽量不要超过500ms）n测试后退出测试状态MKRNormalMarkerCont PeakON/OFF密级：保密频谱仪使用n三阶交调常规测法三阶交调常规测法：打出参考线测试。DISPLAY按 、

20、 （粗调）Ref LineON/OFFisplayON/OFFLine直接输入数据（粗调）滚动滚轮（细调）n退出测试状态：关闭isplay Line 或Ref LineRef LineON/OFFisplayON/OFFLineCont PeakON/OFF注意：测试前请打开自动最高点搜索功能密级：保密频谱仪使用n三阶交调常规测法三阶交调常规测法：快捷菜单测试。R-3131AMEAS3rd OrderMeasFSP-3MEASTOIE4402BMEASUREMore1 of 2Intermod（TOI）密级：保密频谱仪使用nACPR常规测法常规测法：需要自定义测试条件ACPACPON/OFFP

21、OWERMEASUREChannelSpacing 1信道间距，直接输入，如5MHzChannelBAND WD信道带宽，直接输入，如：3.84MHzn退出测试状态：ACPON/OFF密级：保密频谱仪使用nACPR常规测法常规测法：直接使用模板以FSP-3为例MEASCHAN PWR ACPCP/ACPSTANDARD选择所需标准ENTERnACPR常规测法：直接使用模板以E4402B为例MEASUREACPModesetupRadio StdRadio Stdsetup选择所需标准Modesetup选择相应设备密级：保密频谱仪使用n波形质量（波形质量（CDMA）常规测法）常规测法：以E440

22、2B为例。MODEcdmaoneMod Accaraly（RHO）n测试后退出测试状态Spec trumAnalysisMODE注意：1、信号源与频谱仪必须要共用10MHz参考。 2、信号源请置于pilot项，只打开导频。FREOUENCYchannelARFCNChannel Freq或输入所需频道号或频率密级：保密频谱仪使用n相位及频率误差相位及频率误差(GSM)常规测法常规测法：以E4402B为例。MODEGSMn测试后退出测试状态Spec trumAnalysisMODE注意：1、信号源与频谱仪必须要共用10MHz参考。 2、信号源请把8个时隙都打开。Phase&FreqFRE

23、OUENCYchannelARFCNChannel Freq或输入所需频点密级：保密频谱仪使用n噪声系数常规测法噪声系数常规测法：以FSP-3系统为例。1、系统设置 运行FS-K3，打开Device菜单，设置RBW、VBW、Average，其他参数默认。选中GPIB,点击Init进行系统连接。OK退出。密级：保密频谱仪使用n噪声系数常规测法噪声系数常规测法：以FSP-3系统为例。1、系统设置打开菜单，按照噪声头的ENR填写。OK退出。密级：保密频谱仪使用n噪声系数常规测法噪声系数常规测法：以FSP-3系统为例。1、系统设置打开LOSS菜单，选中Loss IN 0dB、Loss OUT 0dB。OK退出。密级：保密频谱仪使用n噪声系数常规测法噪声系数常规测法：以FSP-3系统为例。把噪声头直接连接FSP-3的射频输入口。设置Create Freq List，点