频谱分析仪常见问题 | 安捷伦科技 |
01. 是否可以将频谱分析仪当做网络分析仪使用? 是的,有2种方法可将频谱分析仪当作网络分析仪使用,但是都只能进行标量测量 方法1:使用频谱分析仪内置的跟踪信号源。大部分安捷伦频谱仪可以加装这个选件。如果要测量反射系数,则还需要一个定向耦合器去采集反射功率。
测得的上升时间一般不会超过频谱分析仪的最佳上升时间。分析仪的上升时间由下面这个公式来确定: Tr = 0.66/max RBW, 其中RBW为分辨率带宽。 例如,在 PSA (E4440A、E4443A、E4445A、E4446A或E4448A)中,RBW最大值为8 MHz。因此,最快的上升时间为: 0.66/8 E6 = 82.5 nS。 然而,RBW过滤器带宽误差为± 15%,额定值(中心频率= 3 GHz),因此上升时间范围在71.7 nS到97 nS之间。 参见具体频谱分析仪的技术资料或规范指南。 03. 怎样设置矢量信号分析仪(VSA)测量I和Q增益和相位? 在使用89600S或89400系列矢量信号分析仪时,必须有两个基带信道输入。把I或Q信号连接到信道1上,把另一个信号连接到信道2上。确保89400处于矢量模式下,或已经打开89600的VSA (非标量)应用程序。
现在,可以使用标尺,在轨迹C中进行增益测量,在轨迹D中进行相位测量。
任何正弦波测量图像: ![]() 04.怎样计算VSA (矢量信号分析仪)上EVM (误差矢量幅度)测量的不确定性? E4406A、89400系列和89600系列矢量信号分析仪以略微不同的方式规定了EVM (误差矢量幅度)精度。 为了计算EVM测量的不确定性,E4406A同时规定了精度和本底误差。精度指标适用于远远高于本底噪声的EVM测量。本底是误差可以测得的EVM的最低值。本底误差与DUT (被测设备)的EVM不相干 (类似于噪声),在测量接近本底时会提高。这些误差与精度误差加在一起。 例如,对cdmaOne专用测量模块(E4406A上的选项BAC)中的QPSK EVM测量,本底误差是2.5%,精度是±0.5%。如果DUT的EVM是5%,那么本底误差计算方法如下: 与E4406A相比,89400和89600 VSA的EVM精度规范只提供了残余EVM,这与本底误差相同。残余EVM是可以测量的最低EVM,也是硬件导致的不确定性等于DUT不确定性的电平。例如,对使用选项AYA大于1MHz的跨度(也适用于其它条件),89441A拥有1% rms的残余EVM。对超过这一值的测量,没有规定的或保证的精度。 产品用户可以随意假设在超过本底噪声时,DUT的误差远远超过分析仪的误差,因此分析仪的不准确性是可以忽略不计的。用户也可以选择使用额定的DUT误差,对分析仪的残余EVM求RSS (和平方根),其前提假设是它们互不相关。但是,安捷伦公司不赞成或支持这些方法。事实上,除本底误差外,任何分析仪还会引入部分误差,但89400或89600系列中没有指明此类误差或提供相关保证。 因此,可以从仪器技术数据中计算得出E4406A 上EVM测量的不确定性,而对89400或89600 VSA上相同的测量计算不确定性时,则要求最终用户提供部分数据。 05. 如何在矢量信号分析仪(VSA)上测量FM或PM偏移和速率? 用户可以在89410A、89441A或89600S系列矢量信号分析仪的矢量模式或模拟解调模式下进行这些测量。 1) 在矢量模式下,将载波置于扫宽的中心位置,并将扫宽设置为包括调制信号的所有重要边带。在下面的89600S示例中,信号发生器的载波设置为1GHz,速率设置为10kHz(正弦波),峰值频偏设置为100KHz。分析仪的中心频率设置为1GHz,扫宽设置为500kHz,默认频率点数量谁知为801(89600)或401(89400)。设置范围,使OV1消息刚好消失。 以群延迟格式设置通道1主时间的B(底部)迹线。在该格式中,Y轴表示频率,X轴表示时间。现在暂停信号并在时域波形(B迹线)的峰值上作一个标记。设置负峰值的偏置标记,并从显示器底部的标记结果读出峰峰值偏置。在本例中,标记读数为200.46 kHz。同时,标记还可以读出调制正弦波的半周期,50uS。将此结果加倍并计算倒数,得到FM速率:1/(2*50µS) = 10kHz。 您也可以通过选择Markers > Calculation并单击Analog Demod Carriery单选框(89600S),或通过选择Marker Function > demod carrier(89400)来显示载波频率。 此方法也可用于相位调制。此方法之所以可行,是因为VSA IQ检测阶段像外差混频器一样提取调制信号。 2) 在模拟解调模式下,使用与矢量模式相同的中心频率、扫宽和范围,并在模拟解调属性菜单中选择FM解调和FM载波频率。注意,A迹线数据现在必须是Ch.1 FM Spectrum(通道1频率调制频谱),B迹线数据是Ch.1 FM Main Time(通道1频率调制主时间)。在B迹线中,Y轴仍表示频率。 ![]() 暂停信号并在A频谱迹线的峰值上做标记,得到FM速率的标记结果(10kHz)。将B迹线的格式转换为实数数据,在信号的峰值上做标记,激活偏置标记并将其置于负峰值上,获得偏移峰峰值。本例中的标记结果为200.47 kHz偏移峰峰值。 这里的解调信号与89441A的解调信号相同。标记结果在每个迹线的顶部显示。 同样,此方法也可用于PM。以下是89441A上的相位解调。注意,B迹线的Y轴单位为弧度,标记结果为以弧度为单位的偏移峰峰值。 ![]() 这两个系列的VSA都不能在模拟解调模式下测量立体FM偏移。 06. 如何在频谱分析仪或矢量信号分析仪上测量功率谱密度(PSD)? PSD测量值通常以Vrms2 /Hz或Vrms/rt Hz为单位(这里的rt Hz指的是平方根赫兹)。或者,PSD也可以采用dBm/Hz为单位。PSA、ESA、856XE/EC或859XE等频谱分析仪均可通过噪声标记对功率谱密度进行测量。矢量信号分析仪比如89600S或89400,直接就有PSD测量数据类型。 在频谱分析仪上最简便的测量方法(测量结果以Vrms/rt Hz为单位)就是:
比如,我们看到噪声标记读数为16 uV(Hz)或16 uV/Hz。这里的“(Hz)”由于分子伏特不能被平方,而将噪声结果归一化为1Hz带宽(RBW),其正确的分母单位应该是根赫兹。由于1Hz的平方根仍旧是1Hz,因此并不影响结果且无需进行进一步计算。最后答案就是16 uV/rt Hz或16 uV/Hz。 您还可选择以分贝为单位的振幅(比如dBuV)进行进一步的计算,从而获得线性结果。同样以16 dBuV(Hz)为例,其分贝结果通常计算如下:
此时,我们可通过伏特率来进行计算: 16 = 20 log (uV/rt Hz)/(uVref/rt Hz)(这里指的是1uV/rt Hz)。 逆对数16/20 = 6.3 uV/rt Hz。 在89410A、89441A或89601A矢量信号分析仪上:
89410A和89441A标记读数的默认值以Vrms/rt Hz为单位,但可在Reference Level/Scale菜单中将其转化为Vrms2/Hz (其路径为:Ref Lvl/Scale [硬键] > X & Y units setup > Y units > Vrms2/Hz)。89601A软件的标记默认单位为Vrms2/Hz。计算标记伏特值的平方根即可将89601A上的结果转换至以Vrms/rt Hz单位。 同样,也可对VSA上的一段功率谱密度进行测量。如果这样的话,首先应在89400上找到频段功率标记菜单(Marker Function [硬键] > band power markers > band pwr mkr on),选择rms sqrt (pwr),在期望的数据点上做垂直标记,并在显示器底部读出结果。在89600上,该函数可在Markers > Calculation下找到。此函数整合了标记间的线性伏特值,然后开平方根。 07. 当清晰信号应用到射频输出端时,为什么频谱分析仪间距中发现了杂散信号? 过度激励分析仪的输入混频器可能会导致杂散信号。大多数频谱分析仪(尤其是使用谐波混频扩展调谐范围的分析仪)都拥有二极管混频器。将用于创建中频信号的LO与该二极管混频器中的输入信号相结合时,创建内部失真。为多种混频器输入电平规定第2个和第3个失真产品。针对您的频谱分析仪,可参阅校准指南或规范指南中的动态范围曲线。无杂散动态范围取决于混频器中的输入电平。 深入了解动态范围图表非常重要,但简单测试可以确定显示的杂散信号是否是一个内部生成的混合产品还是输入信号的一部分:修改输入衰减。衰减器是射频输入和第一个混频器间的唯一一个硬件。在杂散信号上做出标记并提高输入衰减。如果标记值没有改变,那么杂散信号就属于外部信号。而如果标记值改变,信号就是内部信号或者是内外部信号的总和。继续增加衰减,直到标记值不再改变,再开始测量。这一点就是优化第一个混频器输入电平的最佳值,因为此时所做的测量内部失真最低。一般来说,需要测量的动态范围越广,第一个混频器的输入电平就应该越低。 屏幕图像下端的黄色迹线表示在输入混频器被过度激励时的内部失真。衰减为零。蓝色迹线表示当衰减设置为10 dB时,杂散信号所减少的电平。 ![]() 08. 怎样使用频谱分析仪、前置放大器和信号发生器测量噪声系数? 只用频谱分析仪和前置放大器,就能作许多噪声系数测量。只需用频谱分析仪、前置放大器和信号发生器,就能覆盖被测器件的频率。这种方法的精度低于需要经校准噪声源的Y因素技术,与所关注频率的分析仪幅度精度相当。具体测量步骤为: 1. 把信号发生器和频谱分析仪设置为所测噪声系数的频率,测量器件的增益。把该值标为Gain(D)。 2. 同样方法测量前置放大器增益。把该值标为Gain(P)。 3. 断开频谱分析仪的任何输入,把输入衰减器设置为0dB。前置放大器输入没有任何连接。把它的输出接到频谱分析仪输入。在作这一连接时,您会看到分析仪显示的平均噪声级的增加。 4. 把被测器件的输入接至其特性阻抗,把输出接到前置放大器输入。此时分析仪显示的噪声级应增加。 5. 把频谱分析仪视频带宽(VBW)设置为分辨率带宽的1%或更低。按标记功能(MKR FCTN)键,然后按Noise Marker On软键。把标记放置在所要测噪声系数的频率上。读以dBm/Hz为单位的标记噪声功率密度读数,把它标为Noise(O)。 6. 然后计算被测器件的噪声系数NFig:NFig = Noise(O) - Gain(D) - Gain(P) + 174 dBm/Hz RBW是您能隔离两个信号,并还能看到它们的最小带宽。RBW也会影响KTB噪声系数功率,因为RBW每改变10倍,KTB功率改变10dB。 视频带宽滤波器噪声。视频带宽用于平均,它等效一个低通滤波器。为过滤噪声,视频带宽通常设置得较窄,但又不过窄,因为这会减慢扫描时间。 在特定情况下视频带宽可设置得较宽。一个例子是不需要,或不要求平均。另一个例子是在零跨距时测量AM。为测量AM,视频带宽需要足够宽。 10. PSA系列频谱分析仪允许直流电压输入吗? 如果允许那么最大直流输入电压是多少? E4440A, E4443A和E4445A具有交流和直流耦合功能,但E4446A,E4447A和E4448A只有直流耦合功能。在直流耦合状态下,频谱仪允许输入的最大直流电压为±0.2V,此时不可有直流电输入。在交流耦合状态下,频谱仪允许输入的最大直流电压为±100V,但此时频谱仪内的隔直电容会过滤掉频率低于20MHz的信号。 E4440A,E4443A和E4445A默认设置在交流耦合状态,所以若使用这些型号频谱仪测量低频 (小于20MHz) 信号时,在保证无直流电压输入的前提下,切换到直流耦合状态进行测量。 11. 在矢量信号分析仪(VSA)上,峰值/均值功率统计和互补累积分布函数(CCDF)之间有什么关系? 这些测量指标对给定波形是相关的,但并不明显。首先,89400系列矢量信号分析仪上的峰值/均值功率统计及CCDF 89400和89600系列VSA上的CCDF函数都是在时域数据上执行的,这些数据在测量时长上可以累积。 通过峰值/均值统计(Marker Function > peak/average statistics)菜单,针对用户输入的概率(如99%峰值百分比),用户可以显示峰值功率值、平均功率值和峰值均值功率比。可以以任何格式对时域数据进行计算,结果用电压2 rms表示。例如,一个信号测得的值可以是平均功率32.581mV2,峰值功率35.442mV2,99%时峰值均值功率比1.0。最后的结果应该读作"在99%的时间内,信号峰值等于或位于与信号平均功率值之比1.0的范围内",或反之"在1%的时间内,峰值将超过信号平均功率值之比1.0"。 CCDF测量以图形方式表示相同数据,但结果用dB表示。它对时域数据进行计算,方式与上面的方式相同。信号的平均功率值分配给图形原点处的"0",在显示器顶部也用dBm显示。X轴表示超过平均值的dB,Y轴标度为百分比,可以和上面一样理解为"百分比概率"或"时间的百分比"。 对上面测量的同一信号,CCDF图中显示的平均值是-1.86dBm。其与32.581 mV2的统计平均值的关系如下: -1.86dBm = 10 log(0.032581/50)/1mW. 在标尺放在1%处的曲线上时,标尺读数是+0.36dB。这应该读作"在1%的时间内,峰值将超过信号平均值0.36dB"或"峰值将超过平均值0.36dB 的概率为1%"。在上面测得的峰值功率35.442 mV2转换成dBm,并使用下述公式减去 10 log(0.035442/50)/1mW = -1.4945dBm 为从CCDF曲线中获得最大峰值均值功率比,只需把标尺放在曲线的最低点上(X轴的最右面)。这里,结果再次用参考平均功率值的dB表示。 12. 在应用过程中,如何确定和设定矢量信号分析仪的采样率? 对于89600S或89400系列矢量信号分析仪,当其未处于记录(或称瞬时捕获)模式时,采样率由用户所选的间隔决定。对于缩放时间(即起始频率不是0 Hz),公式为: 采样率(Hz)=1.28×用户所设时间间隔。 对于基带时间(例如,起始频率为0 Hz),公式为: 采样率(Hz)=2.56×用户所设时间间隔。 为将采样率变为你所期望的值(例如89600s中的缩放时间为20MHz),只须将时间间隔调整为: 20 MHz/1.28 = 15.625 MHz。 通过在主时间迹线(Main Time trace)(预置后的迹线为B)的第一个数据点上设置标记,您就可以查看相应的采样时间间隔(50 纳秒)。 然而,在记录模式或瞬时捕获模式中,采样率通常按照下面的公式来计算: 采样率(Hz)=1.28或2.56×基本时间间隔, 这里,常数取决于缩放时间或基带时间。 用户可以从前面板中选取基本时间间隔,并将其定义为: 最大时间间隔/2n,此处n是整数。 例如,在89441A矢量信号分析仪中,最大时间间隔是10 MHz,所以基本时间间隔是10MHz、5MHz、2.5MHz、1.25MHz、625kHz、312.5kHz、156.25kHz、78.125 kHz、39.0625 kHz、19.53125 kHz、9.765625 kHz等。您可以选取时间间隔函数(Frequency(频率)>span(时间间隔)>full span(全部时间间隔))查看这些间隔值,并通过点击下箭头来减少时间间隔。一般说来,除前三个时间间隔(10 MHz、5 MHz和2.5 MHz)外,其它每个时间间隔都是基本时间间隔。 在89611A、89640A或89641A矢量信号分析仪中,最大时间间隔是37.109375 MHz,故基本时间间隔是37.109375 MHz、18.5546875 MHz等等。在89610A中,最大时间间隔是39.0625 MHz,基本时间间隔可通过相同的方式来确定。您也可以通过点击应用程序中的下箭头来查看基本时间间隔。 如果用户没有选择基本时间间隔,它将记录下一个更高的基本时间间隔,并由该间隔决定采样率(或采样间隔)。与常规采集模式不同,您不能通过回放记录来查看瞬时捕获的采样间隔,除非您选择对基本时间间隔进行回放。 例如,您将89600S的时间间隔设置为20 MHz,并做记录。因为20 MHz不是基本时间间隔,所以将通过下一个更高的基本时间间隔进行记录(即37.109375MHz)。然后你选择在20 MHz的时间间隔中回放记录,并在主时间迹线里的第一个数据点上做标记,那么显示的采样间隔是39.0625 纳秒。那表明采样率为: 1/39 nS=25.6MHz 您也可以用.csv文件格式来保存记录,并在Excel中打开。标头信息显示采样时间间隔是XDelta =39纳秒。然而,原始的主时间数据实际上通过如下采样率捕捉: 1.28×37.109375MHz=47.5MHz 采样间隔是21纳秒!您可以用.sdf文件格式保存记录,并将文件转化为ascii.格式,即可查看该间隔。标头信息显示x =21纳秒。(这是89400信号分析仪可以使用的唯一文件格式,而且转换可通过SDF工具来完成。) 因此,将记录存储为除sdf以外的任意格式或者在非基本时间间隔内回放波形都将会自动引起重新采样,并产生39纳秒的采样间隔,或25.6 MHz的采样率。如果您希望从89600S中将时间数据下载至ESG或PSG-C信号发生器,并且使其ARB采样率与其原始数据相匹配,那么了解这一点非常有用。如果您下载的是记录,那么采样率可达47.5 MHz;但如果您从寄存器中下载的是时间迹线数据,那么采样率将为25.6 MHz。 注意:不论您是选取常规数据采集模式,还是选取记录/瞬时捕获模式,原始主时间(Raw Main Time)数据都在数字转换器范围之外,其取值通常都是基本时间间隔。这样的数据不正确。如果用户选取非基本时间间隔方式查看数据,那么为了生成两位数的FFT采样数据,仪器就会重新采样。 噪声标记算法的工作原理与8590、8560、ESA 和 PSA 系列频谱分析仪非常类似。最大的差异在于所用的检测类型。所有这些分析仪使用如下等式来对标记噪声功率进行计算: ![]() 该值等于左面端点x1加上右面端点 x2(0.05 * 间距总长,其中,该端点位于噪声标记的中心)的总和。 8590 和 8560 系列 通过按下MKR FCTN > MK NOISE ON(859XE)或MKR > MKRNOISE ON(856XE/EC),可访问“标记功能”或 “标记菜单”中的噪声标记功能。当噪声标记启动时,
要得到准确的测量结果,请确保噪声标记已安装,以便所有数据点均位于本底噪声之上。数据点几乎占用了859XE上的一个水平格部分或间距的 5%,在这部分水平格中有固定的401个显示点;同时856XE的一半区域有固定的601个点。 1分辨率带宽(RBW)滤波器的近高斯形状被纠正为可传递相同噪声功率的矩形等效噪声带宽(NBW)。纠正因数范围为在滤波器 > 或 = 1 kHz 情况下, 3 dB 带宽的1.128倍。 2由于在对数据点的对数值求平均数过程中,以及噪声信号的显示区间产生了错误,因此会导致2.51 dB响应不佳(under-response)。 ESA和PSA系列 通过按下Marker> More > Function > Marker Noise (ESA))或Marker Fctn > Marker Noise (PSA)),可访问标记或标记功能菜单中的噪声标记功能。当噪声标记启动时,
3早期的分析仪中不具备平均值检测器类型。检测器按照所选的平均值类型,对频率分段中的所有数字化的数据求平均值。 See note 4. 在 ESA 中,如果RBW < 1 kHz,则使用样本检测。 4由于功率(RMS)平均值对电压数据(由分段内部除以分析仪中的Zin得出)的平方和求平方根,因此它计算的是真实平均功率。然而,如果用户选择对数功率(视频)平均值,2.51 dB响应不佳(under-response)错误可以被弥补。在PSA中,用户也可以选择电压平均值,在此情况下,1.05 dB响应不佳(under-response)可以被弥补。 14. Agilent 89400系列分析仪怎样解调偏置QPSK信号? 很容易了解如何通过把矢量信号分析仪与信号源相接解调OQPSK。例如,我用Agilent E4432B ESG- D把OQPSK设置为2GHz,使用alpha为.35的升余弦滤波器,符号率为 200k符号/秒。然后把89441A设置为解调该信号. 您可耦合星座图、I和Q眼图和误差表四象限显示的标记。在移动标记时,可看到I和Q使用的哪些符号状态到达符号表中的任何单一状态。按IS95标准,Q数据比I数据延迟0.5 个符号,因此对任何给定符号首先评估I值,然后在1/2个符号时钟周后评估Q值。 例如,眼图可能显示第一个符号(把标记移动到符号1.0)是I判定(或样本)点,而Q是跃变。因此VSA仅在这一瞬间评估I数据,在我的眼图中为低(“0”)。对照在表格中对我的信号已记录的数据。在Agilent 89441A的符号表中由标记加亮的这一比特结果对于符号#1.0是“10”。“1”是Q信息,但因Q在跃变中而无效。“0”是I信息,由于I在判定点而有效。第1.5个符号(把标记移动到符号1.5)是Q的采样点,此时I在跃变。在我眼图的采样点中Q为高(“1”)。最终比特结果是10(Q高,I低),这是我标准定义(Q=1,I=0)的左上象限态。也就是说符号 1.0(I)+符号1.5(Q)=状态。由于该采样是在符号时钟的半个周期上进行,符号将沿跃变路径和围绕星座图的四种状态分布。只有最后状态(或第X.5个符号)用于计算EVM。在我的设置中EVM为0.8%。 这里是帮助说明的一些表格数据。表中粗体字的比特结果对应默认标准定义星座图中的正确状态。用户可编辑该定义(见Agilent 89440A/89441A操作指南8-12页)。为使表格和星座图和I/Q波形图相一致,进入该URL: ftp://support.tm.agilent.com/rfmw/vsa/oqpsk.ppt 符号 , 比特结果: 第1比特 = Q, 第2比特 = I 应牢记这些注意事项: 1. 显示标准定义 ( "解调制式" 菜单中的F7),保证与您的定义一致。 2. 必须在 [TIME] 菜单中规定一个偶数的点/符号。 3. 除了用2点/符号(相对1点/符号)计算EVM、峰EVM、相位误差和幅度误差外,对于OQPSK,VSA使用与其它制式同样的误差计算方法。 4. 符号率 = I 或 Q 时钟率。 |
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