RF
❖ 如果使用可调谐带通滤波器以抑制镜像频率，则由于较宽的 调谐范围使滤波器极为复杂，所以采用高的第一中频使问题 简化
❖ 这种配置下，镜像频率位于输入频率范围之上，由于两个频 率范围不会重叠，故可利用低通滤波器抑制镜像频率，三者 范围关系如下图
IF
LO
RF
IM
衰减器
❖ 衰减器主要有三个作用
❖ 保护频谱仪不受损坏：测量高电平信号时，为了不烧坏频谱 分析仪，必须对信号进行衰减；
❖ 下面将对频谱分析仪每个独立部件的工作原理和相互之间的 作用做详细说明
低通滤波器
❖ 低通滤波器的主要作用是抑制镜像频率。下图是低中频频谱 分析仪输入频率与镜像频率范围的关系，如果输入频率范围 大于2IF，则两频率范围会重叠,所以要求输入滤波器在不影 响主信号的情况下抑制镜像抑制
LO IF
LO IM
1 频谱分析仪应用
❖ 从事通信工程的技术人员，在很多时候需要对信号进行分析， 针对不同观察域，分别用示波器、频谱分析仪和矢量分析仪 观察信号
❖ 示波器只能观察信号的幅度、周期和频率；但频谱分析仪还 可以分析信号的频率分布信息、频率、功率、谐波、杂波、 噪声、干扰和失真，而矢量分析仪可以在频谱分析仪基础上 分析数字调制信号调制质量
❖ 有些频谱分析仪的带宽选择性定义为60dB与30dB带宽之比， 如下图，也有的频谱分析仪的选择性用60dB和6dB带宽之比 表示
❖ 在频域上可以准确地测量有用信号和无用信号的各种参数
幅度 (功率)
时域测量
频域测量
2 频谱分析仪结构及原理
❖ 频谱分析仪的类型 ❖ 频谱分析仪主要有傅立叶频谱分析仪和超外差式频谱分析仪 ❖ FFT频谱分析仪：被分析的信号通过模数转换器采样，变成
离散信号，采样值被保存在一个存储器中，经过离散FFT变 换计算，计算出信号的频谱 ❖ FFT频谱分析仪不足之处：FFT分析仪不适合脉冲信号的分 析，而且由于A/D转换器速度的限制，FFT分析仪仅适合测 量低频信号
频谱分析仪技术基础
议题
❖ 阐述频谱分析仪测量的主要应用 ❖ 介绍频谱分析仪内部结构及工作原理 ❖ 说明频率分辨率、灵敏度和动态范围等重要指标在分析仪测
量中的重要作用 ❖ 针对PHS测试，简述注意事项
8563A
SPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHz
要达到的学习目标
❖ 熟练应用频谱分析仪 ❖ 了解频谱分析仪结构原理，了解频谱 分析仪性能指标 ❖ 掌握PHS测试频谱分析仪参数设置
RF IF
LO
中频放大器
❖ 输入信号经过了前置衰减器，电平降低，为了恢复信号幅值， 补偿输入衰减器的变化，在混频后对中频信号进行放大
❖ 在放大有用信号的同时，噪声和干扰信号也被同时放大
中频滤波器
❖ 中频信号经放大后，然后经过中频滤波器，中频滤波器是一 个带通滤波器，它选出需要的混频分量，抑制掉其他不需要 的信号。中频滤波器的带宽决定了频谱分析仪的RBW范围
❖ 根据频谱分析仪类型不同，中频滤波器有模拟滤波器、数字 滤波器和FFT滤波器
模拟滤波器
❖ 模拟滤波器用来实现大的分辨率带宽。一般频谱仪为4级滤 波电路，也有5级滤波电路产品，这样可分别得到14和10的 波形因子，然而理想的高斯滤波器的波形因子为4.6
❖ 波形因子即带宽选择性，简称选择性。在实际测量中，经常 会遇到这种情形，两个频率接近的信号幅度不等，大信号形 成的响应曲线掩盖了小信号，使小信号丢失，所以很多公司 产品提供了滤波器3dB带宽，表示等幅正弦信号频率相差多 少时仍能将它们区分开，这样的合成响应曲线仍有两个峰值， 中间下沉大约3dB,如下图所示
视频 滤波器
本地 振荡器 频率基 准
扫频 发生器
显示
原理分析
❖ 信号分析过程如下：被测信号经过滤波和衰减后，和LO信 号进入混频器混频转换成中频信号，因为LO频率可变，所 以输入信号都可以被转换成固定中频，经放大后进入中频滤 波器（中心频率固定），然后进入一个对数放大器，对中频 信号进行压缩，然后进行包络检波，所得信号即视频信号， 为了平滑显示，在包络检波之前通过可调低通滤波器，即视 频滤波；视频信号在阴极射线管内垂直偏转，即显示出在信 号的幅度，同时，由于显示的频率值是扫频发生器电压值的 函数，所以对应被测信号的频率值，于是，被测信号的信息 显示在LCD上
超外差频谱分析仪
❖ 这种频谱分析仪对输入信号的分析，并不是从时间特性计算 得来的，而是由频域分析直接决定的。对于这样的分析，必 须把输入频谱分成各个独立的部分。可调带通滤波器就是为 此目的而使用的
❖ 超外差频谱分析仪内部结构如下图
RF 输入
IF
输入
衰减器 混频器 增益
滤波器
IF 滤波器
检波器
对数 放大器
频器是非线性器件，输出会有很多频率成分 ：mf n f 但我们
RF
LO
需要的是 f f
LO
RF
❖ 混频方式有两种：基波混频和谐波混频，基波混频是输入信
号的基波混频，而谐波混频是通过本振信号的谐波来混频
❖ 谐波混频会造成相对高的转换损耗
❖ 混频器对输入RF小信号而言是线性网络，当输入信号幅度 逐渐增大时，就存在着非线性失真问题，所以输入信号的幅 值应低于频谱分析仪的1dB压缩点
频域和时域
❖ 早期的信号观察，主要依赖示波器在时域内观察信号；傅立 叶变换告诉我们：任何时域内电信号都是由一个或多个不同 频率、不同幅度和不同相位的正弦波组成的，但应用示波器 无法观察到频域内信息，只能在时域内观察；应用频域测量， 就能以频谱的形式显示出每个正弦波的幅度随频率变化的情 况
❖ 下图是信号在时域和频域内观察的结果，由此可以清楚看出 信号在频域观察的必要性：时域得到的是信号的波形信息， 不能测量混合信号，如果存在干扰或失真信号，在时域上无 法区分有用信号和无用信号
❖ 提高测试的准确性：混频器是非线性器件，当混频器输入信 号电平较高时，输出会产生许多产物，而且电平太高会干扰 测试结果，使无互调范围减小；当输入信号电平在混频器 1dB压缩点以上时，测试结果会不准确
❖ 提高频谱仪动态范围：通过设置步进衰减器调节进入混频器 的电平，可以得到较大的动态范围
混频器
❖ 混频器的作用就是将输入高频信号转换成中频信号，由于混