什么是频谱分析仪，功能性能你了解吗？？？？

千姿百态

什么是频谱分析仪，功能性能你了解吗？？？？
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概述

频谱分析仪是用来显示频域信号幅度的仪器，在射频领域一直都有“射频万用表”的美称。在射频领域里，传统的万用表已经不能有效地测量信号幅度，而示波器对于频率很高的信号测量也比较困难，这正是频谱分析仪的强项。频谱分析仪是射频微波设计和测试工作中的常用仪器，它能够帮助电子工程师完成频谱观测、功率测量以及复杂信号解调分析等工作。



实时频谱分析仪

频谱分析仪的发展历程

30年代末期，第一代扫频式频谱仪诞生。
60年代末期，带有前端预选器的频谱分析仪的问世，为频谱分析仪提供了精准的频率和幅度测量，标志着频谱仪从此进入了定量测试的时代。
70年代末，随着集成电路技术、快速A/D转换技术、频率合成技术、数字存储技术的发展，尤其是微处理器技术的飞速发展，频谱分析仪的技术指标大幅提高。频率范围扩展到了100Hz-20GHz，分辨力带宽也达到了10Hz。
现在，频谱分析仪的测量频率范围已经达到了50GHz以上，加上外置混频器甚至已经扩展到了mm毫米波段。

什么是实时频谱分析仪（RTSA）？

传统上我们一般将频谱分析仪分为三类：扫频式频谱分析仪、矢量信号分析仪和实时频谱分析仪。所谓实时频谱分析仪（Real-Time Spectrum Analyzer）就是指能实时显示信号在某一时刻的频率成分及相应幅度的分析仪。
实时频谱分析仪是随着现代FPGA技术发展起来的一种新型频谱分析仪，普遍采用快速傅里叶变换(FFT)来实现频谱测试，它最大的特点在于在信号处理过程中能够完全利用所采集的时域采样点，从而实现无缝的频谱测量及触发。由于实时频谱仪具备无缝处理能力，使得它在频谱监测、研发诊断以及雷达系统设计中有着广泛的应用。实时频谱仪可以提供丰富的显示功能，包括余晖图、频谱密度图和瀑布图等多种显示方式。
"利用安诺尼AARONIA实时频谱分析仪（RTSA）查看、捕获并分析罕见信号，了解更多信息。多款不同型号的实时频谱分析仪搭配应用软件让我们的测量任务更加精准便捷。"



安诺尼AARONIA实时频谱分析仪

为了更好地理解实时频谱分析仪的功能，我们务必要先看一看传统的频谱分析仪接收机的体系结构及其优缺点。
扫描调谐接收机-传统频谱分析仪接收机的体系结构




超外差频谱分析仪/扫描调谐频谱接收机体系结构

超外差频谱分析仪也称为扫描调谐频谱分析仪。外差意味着混频，在这个系统中，射频输入信号与本振信号混频，将输入信号从较高频率转换为较低频率，即中频（IF）。信号幅度通过包络检测器检测并显示为垂直点。
为了控制水平/频率轴的显示，我们使用谐波/扫描发生器来控制运动，它还可以将本振调谐到预期频率。通过设置扫描时间和频率扫宽，可以控制本振调谐速率。频谱分析仪的前端配有信号调理电路，包括衰减器和预选器（低通滤波器）。这些电路的作用是确保输入信号在到达混频器之前处于最佳电平。前端预选器有助于阻止带外噪声，从而改善接收机的动态范围和灵敏度。调谐本振为接收机提供更好的选择性。它可以很容易地阻止不需要的带外信号，这就是超外差接收机具有出色动态范围的原因。
由于谐波发生器以固定速率进行扫描，因此可以在频率扫宽上精确控制扫描时间。通过控制扫描速率，接收机能够以超过快速傅里叶变换（FFT）分析仪的扫描速度扫描超大扫宽。
超外差接收机的最大缺点是它可能错过间歇信号内容，尤其是宽带数字调制信号。还有个缺点就是在窄分辨率带宽（RBW）下扫描时间会明显变长。
FFT频谱分析仪/接收机




FFT频谱分析仪体系结构

FFT频谱分析仪/接收机专门用于处理宽带信号。它的前端有一个数据块转换，数据块转换的大小由中频带宽和 ADC采样率决定。本地振荡器（LO）不是连续进行调谐，而是在频率扫宽内步进调谐。在本振调谐到正确的频率后，接收机通过模数转换器（ADC）对数据进行采样，再将采样结果转换为 I/Q 对（同相正交），并放入适当的 FFT时间帧内，然后将时域帧转换为 FFT频谱数据，最后将频谱结果发送给显示器，如此周而复始地执行这一过程。这是一个串行操作，因此在两次屏幕更新之间会间隔一段时间，输入端在此期间内不会捕获信号。这段时间称为静寂时间，持续时间的长度不可预计。由于它是数据块转换，因此数据块或信息带宽内的信号（例如数字解调信号）将被完整捕获以供进一步分析。FFT 是分析宽带数字信号的理想选择；它可以基于信号技术指标重现数字接收机特性，如 LTE信号测试。
由于 FFT引擎无法在特定时间帧内完成其操作，因此无法精确控制 FFT接收机的扫描时间。如果信号带宽大于接收机的信息带宽，则需要对信号进行拼接，这样可能导致丢失部分宽带信号内容。
实时频谱分析仪




安诺尼AARONIA实时频谱分析仪体系结构

实时频谱分析仪是一种没有静寂时间的 FFT频谱分析仪。接收机停留在感兴趣的频率扫宽内，该扫宽受到实时频率带宽的限制，没有调谐或步进。它具有足够大的信号缓冲区、FFT计算工具和显示工具，可在后续数据帧进入之前处理完上一个数据帧并清空存储器。在其捕获带宽内，它可以检测各种瞬态信号、动态信号和射频脉冲。但是，实时频谱分析仪RTSA受到带宽的限制。如果接收机试图测量超出其实时带宽的信号，则必须调谐本振，此时它不再是实时或无间隙的。
由于实时频谱分析仪没有调谐，要检测的信号可能不会位于中心频率，并且它检测到的信号电平可能不像使用传统频谱分析仪时那么准确，因此我们不建议采用实时频谱分析仪来进行准确的功率测试。
了解完以上不同类型频谱仪的体系结构以及优缺点，接下来我们就进一步了解实时频谱分析仪的特性和关键指标
实时频谱分析仪特性

高速测量：频谱仪分析仪的信号处理过程主要包括两步，即数据采样和信号处理。实时频谱分析仪为了保证信号不丢失，其信号处理速度需要高于采样速度。
恒定的处理速度：为了保证信号处理的连续性和实时性，实时频谱仪的处理速度必须保持恒定。传统频谱分析仪的FFT计算在CPU中进行，容易受到计算机中其它程序和任务的干扰。实时频谱分析仪普遍采用的是专用FPGA来进行FFT计算，这样的硬件实现既可以保证高速性，又可以保证速度稳定性。
频率模板触发（Frequency Mask Trigger）：FMT是实时频谱分析仪的主要特性之一，它能够根据特定频谱分量大小作为触发条件，从而帮助工程师观察特定时刻的信号形态。传统的扫频式频谱分析仪和矢量信号分析仪一般只具备功率或者电平触发，不能根据特定频谱的出现情况触发测量，因此对转瞬即逝的偶发信号无能为力。
丰富的显示功能：传统频谱分析仪的显示专注在频率和幅度的二维显示，只能观察到测量时刻的频谱曲线。而实时频谱分析仪普遍具备时间，频率，幅度的三维显示，甚至支持数字余辉、频谱密度以及瀑布图显示，从而帮助测试者观察到信号的前后变化及长时间统计结果。
实时频谱分析仪关键指标

频率范围：频谱分析仪能检测的最高频率值，一般无线通信要求的频率上限在十几个GHz，军用，航天类型的应用要求在50GHz以上，甚至达到100GHz以上。
实时分析带宽：频谱仪能够同时分析的最大信号频率范围，一般取决于其中频ADC的带宽最高，随着微电子技术的发展，现在频谱分析仪的分析带宽已经从最初的几十MHz增加到一百MHz以上。对于实时频谱分析仪而言，分析带宽越宽，其ADC的采样率越高，实时FFT计算的要求也越高。
无杂散动态范围（SFDR）：衡量频谱仪同时观察大小信号的能力，该参数一般取决于频谱分析仪的底噪、ADC位数等。
100%截获信号持续时间（POI）：实时频谱分析仪虽然适合观察瞬态信号，但是对信号的持续时间也有特定要求，高于一定持续时间的信号能够被100%地准确测量到；低于该时间的信号可能会被捕获，但是幅度精度不能保证。
FFT计算速度：实时频谱仪里面的FPGA硬件进行FFT计算的速度。

大力水手

1. 介绍

本文主要介绍如何使用新的In÷In1测量模式。Moku：Pro的频率响应分析仪（FRA）旨在用扫频正弦波驱动被测器件（DUT），并通过直接变频接收器检索幅度和相位响应。在 2.4.0 软件更新之前，测得的幅度响应可以表示为以 dBm 为单位的绝对幅度或以 dBm 为单位的相对输入÷输出幅度。动态参考模式现已在zui新版本的Moku软件的Moku：Pro上可用。在这种模式下，幅度响应以In÷In1（dB）为单位测量，它使用输入1上的信号对每个输入信号进行归一化。因此，FRA可以连续测量DUT输入端的驱动信号幅度，并动态改变分母以进行相对幅度计算。

在这篇文章中，我们将介绍如何使用In÷In1测量模式来隔离多级滤波器中单个组件的频率响应，并通过整形驱动信号来增加测量的动态范围。详细信息可以访问https://www.auniontech.com/details-1732.html。具体参数如下：



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2. 隔离多级滤波器的频率响应

在许多设计中，电子滤波器是通过将多个滤波器组合成多级滤波器制成的。In÷In1模式允许用户连续探测DUT输入端的驱动信号，并将其用作相对幅度计算的参考。因此，后续DUT的频率响应可以与系统的整体频率响应隔离开来，而无需改变驱动点。在本例中，使用两台多仪器模式（MiM）的数字滤波盒仪器创建了一个两级滤波器。在每个滤波器级之后部署FRA来探测频率响应，如图1所示。




图 1：创建两级滤波器并由 FRA 以 MiM 为单位进行测量

如图2（a）所示，通过在In÷Out模式下配置FRA，测量了第1级（红色）和整体传递函数（蓝色）。通过切换到In÷In1模式来检索第二级的隔离频率响应（蓝色），如图2（b）所示。




图 2：具有 （a） 输入÷输出 （dB） 和 （b） 输入÷输入 1 （dB） 模式的两级滤波器测量的频率响应

3. 扩展测量动态范围

决定动态范围的电压上限和下限受输入范围和模拟前端噪声的限制。对于具有高衰减的DUT器件，高振幅驱动源可提高DUT的zui小响应。因此，可以以dB为单位测量非常高的衰减。另一方面，高驱动电压可能会使低衰减的DUT的输入饱和。对于幅度响应随频率变化较大的DUT，使用恒定驱动源很难测量高动态范围内的频率响应，如图3所示。在Moku：Pro的输入和输出之间连接了一个带通滤波器。用2 Vpp驱动输出捕获稳定的红色迹线，用100 mVpp驱动输出捕获微弱的红色迹线。较高的输出幅度在100 kHz以下提供了明显更好的底线。但是，测量在通带处被削波。




图 3：带通滤波器的频率响应，具有 2 Vpp（稳定红色）和 100 mVpp（微弱红色）驱动信号

在本例中，FRA的扫频正弦波首先由另一个仪器插槽中的数字滤波器整形，而不是使用恒定输出功率，允许DUT的阻带具有更高的输出功率，而在DUT的通带中具有较低的输出功率，如图4（a）所示。然后，整形输出作为参考发送回FRA的输入A，并发送到输出1以驱动DUT。启用In÷In1模式后，测量频率响应的动态范围显著改善，如图4（b）所示。






图 4：带通滤波器与成形扫频正弦波的频率响应。（a） MiM配置和过滤器设置;（b） 测得的高动态范围频率响应

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4. 总结

FRA中的In÷In1模式可以将子组件的频率响应与更复杂的系统隔离开来，并塑造正弦扫描输出以提供更大的测量动态范围。


想了解更多关于Moku的文章，欢迎关注我或者收藏这篇文章，有疑问可写在评论区共同探讨。
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队长是我

示波器最小可以测到几mV的信号，频谱仪可以测到几nV的信号，这是真的吗，今天就来试试，频谱仪是不是真的能测到几nV的信号。
要知道频谱仪经常作为无线监测，查找电磁干扰的工具。信号在空气中传输，衰减非常严重，能测到的信号都是及其微弱的，频谱仪是如何检测到这些小信号呢，一起来看一下。

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在了解什么是频谱仪之前，我们需要了解频域和时域的概念，如图所示


时域
时域是描述物理信号对时间的关系。表示以时间为横轴，以信号的幅度作为纵轴。
时域分析可直观反映信号幅度、周期、相位的变化过程。
频域
频域是描述物理信号对频率的关系，表示以频率为横轴，以信号的幅度作为纵轴。
频域可分析任何信号所包含的频率成份及各频率成份的频率和功率关系。
调制域：频率对时间的关系。
根据傅里叶理论：时域中的任何电信号都可以由一个或多个具有适当频率、幅度和相位的正弦波叠加而成。换句话说，任何时域信号都可以变换成相应的频域信号。
频域测量具有几个明显的优势。例如在时域上看似纯正弦波的信号，纯正弦波没有谐波失真，但如果在频域上查看信号，您可能会发现您的信号实际上是由几个频率组成的。
频域和时域分析是分析信号的基本方法，是从不同的角度来描述信号的特性。而频谱仪指的就是在频域上的分析测试的设备，它能够更加准确地分析信号谐波，失真，频谱占用，谐波分量例如带外辐射、杂散辐射、失真、三阶交调和频谱监测等。
频谱仪的应用



对于频谱仪，它测试的是信号的频率关系。频谱分析仪就是一台接收机，它的功能是分辨接收信号中各个频率成份，并测量各频率成份的频率和功率。
所以一个完整的频谱参数，包含以下三个大的方面：
根据频率远近，可以分为：

频道内（频率、功率、调制）
邻道（ACPR、Sem）
带外（谐波、杂散）

Sem：带内指标 spectrum emission mask 频谱发射模板：发射频谱测试是WCDMA基站重要的测试项目，主要衡量由调制器和射频器件所产生的信道外和频段外的能量泄露和非线性失真.
CCDF: complementary cumulative distribution function互补累积分布函数，显示出信号瞬时功率超过平均功率某 dB 数的时间百分比
ACPR 邻信道功率比: Adjacent Channel Power Ratio是指相邻频率信道的平均功率和当前所用信道的平均功率之比。
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频谱分析基础本应用指南介绍了频谱分析的基本原理和频谱仪的主要功能以及最新进展。内容包括基本原理、谐波混频、预选、相位噪声和信号辨识等信息，此外还附有术语表。
频谱分析仪是德科技

检验医师

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。它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。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。
主要性能指标：
1、输入频率范围
它指的是频谱分析仪可以正常工作的最大频率范围。 该范围的上限和下限由Hz表示，Hz由扫描本地振荡器的频率范围确定。 现代频谱分析仪的频率范围通常从低频段到射频频段，甚至微波频段，如1KHz到4GHz。 这里的频率是指中心频率，它是显示频谱宽度中心的频率。
2、分辨率带宽（RBW）
光谱中两个相邻分量之间的最小行间距定义为Hz。 它表示光谱仪在指定的低点区分两个幅度相等的信号的能力。 在频谱分析仪的屏幕上看到的测量信号的频谱线实际上是窄带滤波器的动态幅频特性图（类似于钟形曲线）。 因此，分辨率取决于幅频带宽的带宽。 为窄带滤波器的幅度频率特性定义的3dB带宽是频谱分析仪的分辨率带宽。
3、灵敏度
频谱分析仪在给定分辨率带宽，显示模式和其他因素下显示最小信号电平的能力以dBm，dBμ，dBv，V等表示。超外差光谱仪的灵敏度取决于仪器的内部噪声。 测量小信号时，信号线显示在噪声频谱上。 为了从噪声频谱中轻松看到信号线，一般信号电平应比内部噪声电平高10dB。 此外，灵敏度还与扫描速度有关。 扫描速度越快，动态幅频特性的峰值越低，灵敏度越低，产生幅度差。
4、动态范围
可以以指定的精度测量输入端同时出现的两个信号之间的最大差异。 动态范围的上限受到非线性失真的约束。 有两种方法可以显示频谱分析仪的幅度：线性对数。 对数显示的优点在于它可以在屏幕的有限有效高度范围内获得大的动态范围。 频谱分析仪的动态范围高于60dB，有时甚至超过100dB。
5、频率扫描宽度（Span）
有不同的方法来分析频谱宽度，扫描宽度，频率范围，频谱跨度等。通常是指可以在光谱仪显示屏的左右垂直校准线中显示的响应信号的频率范围（光谱宽度）。根据测试需要自动调整或人工设置。扫描宽度表示光谱仪在测量过程中显示的频率范围（即频率扫描）可以小于或等于输入频率范围。频谱宽度通常分为三种模式。
（1）全扫描频谱分析仪可以一次扫描其有效频率范围。
（2）每个扫频光谱仪必须一次只扫描一个指定的频率范围。可以改变在每种情况下表示的光谱宽度。
（3）零扫描频率的频率为零，频谱分析仪不扫描频率，并成为调谐接收器。
6、扫描时间（ST）
执行全频率范围扫描并完成测量所需的时间，也称为分析时间。 通常扫描时间越短，在未来保证测量精度的情况下，需要将扫描时间控制在适当的范围内。与扫描时间相关的因素主要有频率扫描范围、分辨率宽带、视频滤波。现代频谱分析仪通常具有多级扫描时间，最小扫描时间由测量通道的电路响应时间决定。
7、幅度测量精度
绝对幅度精度和相对幅度精度由许多因素决定。 绝对幅度精度是满量程信号的指标，它受输入衰减，IF增益，分辨率带宽，比例保真度，频率响应和校准信号本身精度的影响。 相对幅度精度与测量方法有关，在理想条件下，只有两个误差源，频率响应和校准信号精度。 准确度可能非常高。 仪器必须在制造前进行校准。 各种错误已单独记录并用于校正测量数据。 显示的幅度精度得到了改善。