N9000A频谱分析仪原理及介绍

1、曹建科曹建科容概要内容概要 1、 信号分析与频谱分析概述信号分析与频谱分析概述 2、 频谱分析仪的功能与基本原理频谱分析仪的功能与基本原理 3 、频谱分析仪关键指标的定义、频谱分析仪关键指标的定义 4 、N9000A产品简介产品简介1、 信号分析与频谱分析概述信号分析与频谱分析概述理想单载波信号在时域和频域的波形理想单载波信号在时域和频域的波形一般单载波信号在时域和频域的波形一般单载波信号在时域和频域的波形周期信号的时域波形与频谱周期信号的时域波形与频谱FM信号的时域与频域信号的时域与频域噪声信号的时域与频域噪声信号的时域与频域频谱分析仪的功率与示波器的功率频谱分析仪

2、的功率与示波器的功率 频谱仪测得的是包络功率，示波器测得的是瞬时功率频谱仪测得的是包络功率，示波器测得的是瞬时功率频谱分析仪的时域与示波器的时域频谱分析仪的时域与示波器的时域 频谱仪的时域（频谱仪的时域（0 span）为包络检波之后的电压包络）为包络检波之后的电压包络的波形。不是真正的时域信号。的波形。不是真正的时域信号。2 频谱分析仪的功能与基本原理频谱分析仪的功能与基本原理 功能一功能一 频谱分析频谱分析频谱分布、功率谱测量频谱分布、功率谱测量 杂散测试杂散测试 谐波测试谐波测试 功能二功能二 扩展功能扩展功能支持功率计支持功率计 频率计功能频率计功能 噪声系数测试噪声系数测试 相位噪声测

3、试相位噪声测试 测量接收机测量接收机 网络分析仪网络分析仪(配置跟踪源配置跟踪源) 电缆测试电缆测试 空间场强测试空间场强测试 功能三功能三 信号分析信号分析对各种移动通信标准信号的解调对各种移动通信标准信号的解调 频率频率/相位误差相位误差 信道功率信道功率 现代频谱分析仪的实现方式现代频谱分析仪的实现方式 FFT分析仪分析仪 外差式频谱仪外差式频谱仪FFT分析仪分析仪 输入信号的带宽被输入信号的带宽被A/D变换器前的模拟低通滤波器所截断，采样变换器前的模拟低通滤波器所截断，采样 值被保存在一个存储器中，然后用来计算频域信号，最后频谱被值被保存在一个存储器中，然后用来计算频域信号，最后频谱被

4、 显示出来。显示出来。 仅适合测量低频信号仅适合测量低频信号 动态范围和最大输入频率只能折中处理。动态范围和最大输入频率只能折中处理。 不适合脉冲信号的分析。不适合脉冲信号的分析。 应用：应用：Tek实时频谱分析仪实时频谱分析仪现代频谱仪的结构组成现代频谱仪的结构组成 射频部分射频部分 硬件结构硬件结构 重要参数重要参数 实现方法实现方法 基带数字处理部分基带数字处理部分 IQ信号的矢量分析信号的矢量分析 检波方式检波方式扫频式频谱仪组成框图扫频式频谱仪组成框图 频谱仪主要功能是显示和测量输入信号的频谱分布和幅值频谱仪主要功能是显示和测量输入信号的频谱分布和幅值衰减器用途衰减器用途 大信号衰减

5、，获得最佳动态范围大信号衰减，获得最佳动态范围 阻抗匹配、抑制非线性阻抗匹配、抑制非线性 鉴别伪信号鉴别伪信号 输入衰减器和中频放大器保持联动关系输入衰减器和中频放大器保持联动关系 中频放大器自动补偿衰减作用，输入信中频放大器自动补偿衰减作用，输入信号测量结果不会受衰减器设置的影响号测量结果不会受衰减器设置的影响衰减器对本底噪声的影响衰减器对本底噪声的影响Demo2: 改变衰减器, 前置放大器对底噪，内/外部失真的影响1. SG: Frequency-875.08 MHz;Amplitude- -100 dBm2. N9000A: CF-875 MHz, Span-200 kHz, RBW-3

6、00 Hz, Ref-80 dBm, 3. N9000A: Trace/Detector- Trace 1-View;Trace 2- Trace On; 4. N9000A: Amplitude-Attenuation-0 dB5. N9000A: Amplitude- Internal Preamp- Full Range 低通滤波器低通滤波器的作用是阻止高频信号到达混频的作用是阻止高频信号到达混频器。这样防止带外信号与本振相混频在中频器。这样防止带外信号与本振相混频在中频产生多余的频率响应。产生多余的频率响应。 微波频谱分析仪用微波频谱分析仪用预选器预选器代替了低通滤波器，代替了低通滤波

7、器，预选器是一种可调滤波器，能够滤掉我们所预选器是一种可调滤波器，能够滤掉我们所关心的频率以外的其它频率上的信号关心的频率以外的其它频率上的信号。（预选预选器一般只应用在器一般只应用在 2 GHz 以上）以上）从混频器输出的所有信号分量中，有两个具有最大幅度的从混频器输出的所有信号分量中，有两个具有最大幅度的信号是我们最想得到的，是由本振与输入信号之和以及本信号是我们最想得到的，是由本振与输入信号之和以及本振与输入信号之差所产生的信号分量（中频）。振与输入信号之差所产生的信号分量（中频）。参考时基参考时基参考时基参考时基 参考时基的精度决定频谱仪的频率精度和相位噪声参考时基的精度决定频谱仪的频

8、率精度和相位噪声本振本振 晶振的频率精度和稳定度决定了频谱仪的相位噪声。 现代频谱仪均采用本振调谐的方式。 固定中频，避免与可调滤波器相关的难题。混频器混频器 n RF m LO = IF40G的频谱仪，基波混频的损耗比谐波混频要小，损耗小的频谱仪，基波混频的损耗比谐波混频要小，损耗小本底噪声就低些。本底噪声就低些。 *用来调节信号在显示器上的垂直位置而不会影响信号在混用来调节信号在显示器上的垂直位置而不会影响信号在混频器输入端的电平。频器输入端的电平。 *射频输入衰减器和中频增益是联动的。射频输入衰减器和中频增益是联动的。 RBW是可调的，其可影响频率是可调的，其可影响频率选择性、信噪比、测

9、试速度选择性、信噪比、测试速度60 dB BW3 dB BW3 dB60 dB60 dBBW3 dB BW滤波器矩形系数 = 单点频信号在频谱上测试显示结果为中频滤波器的频响形状3 dB10kz10 kHz RBW 两个等幅信号之间频两个等幅信号之间频率差值为中频滤波器的率差值为中频滤波器的3dB带宽时，合成响应带宽时，合成响应曲线仍有两个峰值，中曲线仍有两个峰值，中间下沉大约间下沉大约3dB我们认为它们是可分辨的我们认为它们是可分辨的，因此称中频滤波器的，因此称中频滤波器的3dB带宽带宽为频谱仪的分辨率带宽为频谱仪的分辨率带宽RBW显示检波器类型显示检波器类型取样检波取样检波正峰值检波正峰值

10、检波负峰值检波负峰值检波正态检波正态检波 (Normal) 平均检波平均检波准峰值检波准峰值检波常用检波器的选择常用检波器的选择测量CW信号，正峰值（Positive Peak） 检波器测量噪声或者宽带信号功率，平均（Average） 或者 样本（Sample）检波器1. 同时测量CW信号并观察噪声特性，标准正态（Normal ）检波器检波器与踪迹方式的关系检波器与踪迹方式的关系3 频谱分析仪关键指标的定义频谱分析仪关键指标的定义 相位噪声（频谱纯度）相位噪声（频谱纯度） 接收机的固有噪声接收机的固有噪声 动态范围动态范围 频率测量精度频率测量精度 幅度测量精度幅度测量精度 分析带宽（解调带宽

11、）分析带宽（解调带宽）本振信号相位噪声本振信号相位噪声相位噪声起源于振荡器输出信号的相位、频率和幅度变化。本振相位噪声和接收机本底噪声对接收信号的影响本振相位噪声和接收机本底噪声对接收信号的影响频谱分析仪（接收机）的固有噪声频谱分析仪（接收机）的固有噪声显示的本底噪声电平依赖于显示的本底噪声电平依赖于RF衰减器衰减器显示的本底噪声电平依赖于显示的本底噪声电平依赖于RBW带宽带宽10log-RBW1RBW2H最小RBW设值H最小衰减器设值H减少VBW*（平滑谱线）H前置放大器(增益噪声系数）频谱仪最低本底噪声显示的设置频谱仪最低本底噪声显示的设置+30 dBm-115 dBm (1 kHz BW

12、 & 0 dB ATTENUATION)频谱仪最大输入电平仪表显示范围100 dB-10 dBm仪表噪声电平随衰减器设值和而变化*混频器压缩电平信号噪声范围105 dB145 dB功率测量范围频谱仪平均噪声电平带内杂散/失真 -100 dBm无杂散/失真动态范围 90 dB动态范围： 同时测量大信号和小信号的能力安捷伦安捷伦 N9000A 新产品新产品&应用介绍应用介绍安捷伦安捷伦N9000A CXA 信号分析仪信号分析仪最新X系列信号分析仪提供了优异的性能，已经收到广泛认可的用户界面，快速的测量速度，丰富的测量功能，和优秀的扩展性. 节约成本, 提高测量速度 灵活配置 丰富的测量应用功能 矢

13、量信号分析软件 良好的使用性和代码兼容性 NEW! 更多功能，值得期待!CXA Front Panel2022-4-18Introducing the New Low-cost CXA Signal AnalyzerPage 48CXA Rear Panel2022-4-18Introducing the New Low-cost CXA Signal AnalyzerPage 49CXA 优异的性能优异的性能 Page 50Group/Presentation TitleAgilent Restricted2022-4-18 和和EXA/MXA共用硬共用硬软软件平台件平台 程控命令与程控命令

14、与EXA, MXA, ESA兼容兼容 用于替代用于替代CSA和和ESA系列系列 基于基于X系列的良好功能系列的良好功能扩扩展性展性 三三阶阶截止点截止点 2 GHz 底噪底噪 1 GHz 相位噪声相位噪声 10kHz offset 幅度精度幅度精度 (95%) W-CDMA 动态动态范范围围(with noise correction) 分析分析带宽带宽 分辨率分辨率带宽带宽+13 dBm-157 dBm/Hz-100 dBc/Hz0.5 dB65 dB 10 MHz1 Hz 8 MHz (160种种)主要指标:CXA: 最优的测量速度最优的测量速度 Introducing the New L

15、ow-cost CXA Signal Analyzer2022-4-18Page 51Speed BenchmarkCXAFSLFSPESAMin Sweep Time 1 ms2.5 ms Local Update 7.82 ms46.59 ms27.97 ms34.12 msCF tune and transfer 62.75 ms77.64 ms 341.55 msPeak Search3.77 ms10.98 ms12.22 ms267.36 msPeak Search (Multi)15.29 ms51.98 ms50.2 ms Preset51.83 ms447.28 ms 185

16、5.41 ms安捷伦X系列频谱仪提供了业界最优的测量速度，超过竞争对手3-5倍AGILENT RESTRICTED DO NOT INCLUDE SLIDE TO EXTERNAL AUDIEN AGILENT RESTRICTED DO NOT INCLUDE SLIDE TO EXTERNAL AUDIENCES AGILENT RESTRICTED最人性化的操作界面 使用Auto Tune，Auto Couple自动设置相关参数 完整的，自动查询内置帮助文件 与无线标准自动关联的功率测量组件 支持最大12个光标和6条轨迹显示 支持轨迹运算 开放式Windows XP Pro 系统 提供标

17、准的USB 2.0, 100bT LAN , GPIB, IVI COM连接方式 CXA 丰富的测量功能和良好的扩展性丰富的测量功能和良好的扩展性 8种一键式功率测量 (将不断增加) 模拟调制解调 相位噪声测量功能 噪声系数测量功能 EMC基础测量功能测试功能测试功能:Modern processing Platform:本机运行最先进的信号分析软件本机运行最先进的信号分析软件: 89601A VSA: 运行在PC上的矢量信号分析软件 89601X VXA: CXA 内置矢量信号分析软件2022-4-18Introducing the New Low-cost CXA Signal Analy

18、zerPage 53“一键式”功率测量组件内置无线标准 邻道功率比 信道功率 信道带宽 频谱泄漏模板 CCDF 互补累积分布函数 突发信号功率测量 杂散测量 列表扫描 (仅供程控) 三阶交调 谐波测量VSA/VXA: VSA/VXA: 最先进的矢量信号分析软件最先进的矢量信号分析软件89601A/B, N/W9064A 矢量信号分析软件 更先进灵活的矢量信号分析能力 广泛的解调分析能力 可在CXA内部运行 AM, FM, PM FSK 2, 4, 8, 16, LVL BPSK/QPSK QAM 16 - 1024 Bluetooth RFID DECT, TETRA HIPERLAN DVB

19、, DTVcdmaOne/cdma2000/1xEV-DOGSM/EDGEW-CDMA, HSDPA TDS-CDMA Fixed and Mobile WiMAX And many moreEMC 基本测试功能基本测试功能EMC 选件选件Marker测量测量准峰值，准峰值，CISPR 平平均检波器均检波器红色谱线标记红色谱线标记超出限制线超出限制线橙色谱线标记超橙色谱线标记超过余量线过余量线自动自动CISPR频段，频段，带宽耦合带宽耦合2022-4-18Introducing the New Low-cost CXA Signal AnalyzerPage 56互补累积分布函数EMC 接收机

20、应用软件：接收机应用软件：N6141A/W6141APage 57 功能完全满足最新CISPR 16-1-1 or MIL-STD 要求 提供完整的辐射，传导预兼容测试功能 提供标准角球的所有检波器：峰值，准峰值， EMI 平均和 RMS 平均 传导测试中，支持对数频率显示模式 灵活生成信号列表，自动多检波器信号测量，和限制线差值计算 通过信号列表操作，可以方便的分辨出空间信号 柱状图观测信号随时间变化（专利） AM/FM解调侦听MXA/EXA/CXA公用的噪声系数和增益的测量功能可以配合普通噪声源如安捷伦346系列和安捷伦N4000系列智能噪声源（SNS） W9069A提供什么提供什么?密码

21、升级的软件功能和ESA, PSA, NFA 代码兼容内置不确定度计算器支持 SNS 和346 系列噪声源关机后校准数据仍然保留用户自定义噪声源设置和时间设 N9000A 提供7.5 GHz全频段前置放大器 主用特性主用特性 更多信息更多信息暂无2022-4-18Introducing the New Low-cost CXA Signal AnalyzerPage 58噪声系数测量噪声系数测量：W9069AAM/FM/PM 模拟解调解调速度极快提供音频输出和解调 还可以用于其它信号分析：数字调制码率，载波幅度，频率稳定时间等 W9063A提供什么？提供什么？ 密码升级 解调 AM, FM和PM

22、信号 解调参数 射频频谱 音频信号波形 音频信号频谱音频滤波 音频输出 与ESA/PSA代码不兼容 主要特性主要特性 更多信息更多信息暂无2022-4-18Introducing the New Low-cost CXA Signal AnalyzerPage 59模拟解调测试：模拟解调测试：W9063ACXA 目标市场目标市场Page 60Group/Presentation TitleAgilent Restricted2022-4-18安捷伦频谱仪家族安捷伦频谱仪家族PSAESA-LCSALegacyMXAPXAX PlatformEXACXA“P-Class”“M-Class”“E-Class”PerformanceEntry 3 GHz Price“L-Class”N9320B$50k$25k$15k$10k$8kESA-E2022-4-18In