華為發布5G微波長距E-band創新解決方案!乾貨 | 頻譜分析儀基礎知識

2021-01-19 濾波器




頻域:是描述信號在頻率方面特性時用到的一種坐標系。





頻譜:頻率的分布曲線,複雜振蕩分解為振幅不同和頻率不同的諧振蕩,這些諧振蕩的幅值按頻率排列的圖形叫做頻譜。





從頻譜上可以直接獲取的信息:


1、信號包含的頻率成份;

2、信號各頻率成份的幅度;


頻譜的用途:通過觀察信號的頻譜,可以幫我們找出產生該信號的設備的問題或者特性。




頻譜分析儀按工作原理分可分為:傅立葉式頻譜分析儀





和 掃頻式頻譜分析儀





頻譜分析儀可以測量功率、頻率、調製、噪聲和失真


為什麼要了解一個信號的頻譜成分?


有些系統原本就與頻域有關,例如電信系統使用的FDM頻分復用,廣播電臺也採用頻域多用方式。在這些限制帶寬的系統中,了解一個信號的頻譜成分就顯得很重要。


為什麼要測量功率?


對於一個發射機而言,如果設計的發射功率太小就不能達到目的地,如果設計的發射功率過大,又會引起高能耗、高溫升、失真等問題。因此功率測量在系統驗證時會常常用到。


什麼是調製調製與解調?


調製:將各種基帶信號轉換成適於信道傳輸的調製信號(已調信號或頻帶信號);

解調:在接收端將收到的頻帶信號還原成基帶信號。


為什麼要調製?


調製的目的有以下三個:


1、將基帶信號變換成適合在信道中傳輸的已調信號

2、改善系統的抗噪聲性能

3、實現信道的多路復用


為什麼要測量調製?


在調製系統中,為了保證系統工作正常,信號被正確的發送(有效性),需要對調製質量(可靠性)進行測量。


調製測量有哪些項目?


模擬調製:調製深度, 邊帶功率, 載波功率,調製效率, 佔用帶寬

數字調製:誤差矢量幅度(EVM), IQ不平衡(IQ imbalance),相位誤差(phase error versus time)


什麼是失真?


電子系統中所使用的許多電路都認為是線形電路。這意味著,對於正弦波輸入,輸出也是或許有不同幅度和相位的正弦波。在時域中,用戶指望看到與輸入波形形狀精確相同的輸出波形。在頻率中,我們指望看到輸出應具有與輸入相同的頻率(且只有該頻率)。由輸入信號產生的任何其他頻率都視為失真。





為什麼要測量失真?


1、諧波失真


最大諧波

相對諧波失真

總諧波失真THD:基波的百分數





2、互調失真


當輸入兩個不同頻率的正弦波到非線性,輸出除了這個兩個信號以及他們的諧波外,還有諧波的和頻和差頻,這些新頻率分量稱為互調失真。


與原始信號接近的失真最難處理,因為失真分量落在「頻帶內」


測量的量有三階互調失真、截獲點等。



 

3、鄰近信道功率比ACPR


ACPR度量了幹擾或者說是相鄰頻率信道功率的大小。通常定義為相鄰頻道(或偏移)內平均功率與發射信號頻道內的平均功率之比,ACPR描述了由於發射機硬體非線性造成的失真大小。




4、雜散輻射


spurious emissions漢語叫「雜散輻射」或者「雜散發射」,指的是在模擬信號處理的過程中,經過頻率變換和信號放大,會產生一些無用的信號,這些無用信號有些是有用信號的n次諧波,有的是在混頻時產生的副產品。這樣就造成了在輸出信號的頻譜上除了有用信號外,在其他頻率上還有一些比較小的信號(如果設計的太差的話,沒用的信號有時會比有用的信號還大),就像毛刺一樣,這種東西也會隨著有用信號從天線輻射出去,所以形象的叫做「雜散輻射」。


測量噪聲


噪聲功率譜密度

等效噪聲帶寬


分貝又是什麼?


dB

  分貝(dB)是藉助於功率比來定義的:

  A(dB) = 10log(P1/P2) = 20log(V2/V1)

 

dBm

  P = 10log(P/PREF)

  V= 20log(V/VREF)

  頻譜和網絡測量最常用的功率參考值是1mW,結果用dBm表示。

  P(dBm) = 10log(P/0.001)


分貝的用途?


分貝用來以對數方式確定功率的比值和電壓的比值。也可以通過適當的參考值來確定絕對值。分貝常用於電子系統中增益和損耗的計算。


為什麼要用dB?


1、對數方式壓縮大範圍變化的信號電平。

2、在增益和損耗的計算時,乘法運算變成較方便的加法運算。



使用對數幅度坐標的好處?


在同樣屏幕解析度下,可以同時觀察很大和很小的值。

例如:1V信號和10uV信號都能出現在動態範圍為100dB的顯示器上,

而用線性刻度則不可能以清晰的圖形同時顯示這兩個信號




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