1、一、頻譜分析儀部分什么是頻譜分析儀?頻譜分析儀是研究電信號頻譜結構的儀器，用于信號失真度、調制度、譜純度、頻率穩定度和交調失真等信號參數的測量，可用以測量放大器和濾波器等電路系統的某些參數，是一種多用途的電子測量儀器。我們現在所用的頻譜儀大部分是掃頻調諧超外差頻譜分析儀。頻譜儀工作原理輸入信號經衰減器以限制信號幅度，經低通輸入濾波器濾除不需的頻率，然后經混頻器與本振(LO)信號混頻將輸入信號轉換到中頻(IF)。LO的頻率由掃頻發生器控制。隨著LO頻率的改變，混頻器的輸出信號(它包括兩個原始信號，它們的和、差及諧波，)由分辨力帶寬濾波器濾出本振比輸入信號高的中頻，并以對數標度放大或壓縮。然后用檢

2、波器對通過IF濾波器的信號進行整流，從而得到驅動顯示垂直部分的直流電壓。隨著掃頻發生器掃過某一頻率范圍，屏幕上就會畫出一條跡線。該跡線示出了輸入信號在所顯示頻率范圍內的頻率成分。輸入衰減器保證頻譜儀在寬頻范圍內保持良好匹配特性，以減小失配誤差;保護混頻器及其它中頻處理電路，防止部件損壞和產生過大的非線性失真?；祛l器完成信號的頻譜搬移，將不同頻率輸入信號變換到相應中頻。在低頻段(<3GHz)利用高混頻和低通濾波器抑制鏡像干擾;在高頻段(>3GHz)利用帶通跟蹤濾波器抑制鏡像干擾。本振(LO)它是一個壓控振蕩器，其頻率是受掃頻發生器控制的。其頻率穩定度鎖相于參考源。掃頻發生器除了控制本

3、振頻率外，它也能控制水平偏轉顯示，鋸齒波掃描使頻譜儀屏幕上從左到右顯示信號，然后重復這個掃描不斷更新跡線。掃頻寬度(Span)是從左fstart到右fstop10格的頻率差，例如：Span=1MHz,則100kHz/div.中頻放大器其增益和衰減器設置值連動工作，即當輸入衰減10dB時，則中頻增益同時增加10dB,使輸入信號電平保持不變。屏幕頂格線參考電平間接設置 中頻增益值。當參考電平(或)10dB,則增益(或)使信號移(或移)10dB,即改變信號顯示位置，但信號幅度保持不變。當輸入衰減增加 10dB時，信噪比減小10dB.這是因為輸入衰減在混頻器之前，只對信號電平進行衰減，而噪聲是混頻以后

4、產生的，為保證輸入信號電平不變，混頻后的信號要相應地放大10dB,這樣噪聲也就跟著相應地放大，即噪聲電平增加10dB.中頻濾波器也稱分辨力帶寬濾波器，用來分辨不同頻率的信號。它只允許本振信號減去輸入信號的差頻等于中頻時，才能通過中頻濾波器，最后在屏幕上顯示。其它干擾信號將被抑制掉。中頻濾波器的3dB帶寬也稱作分辨力帶寬(RBW)。之所以在頻譜儀上信號不可能顯示為無線細的線，而是有一定的寬度，是因為當調諧通過信號時，其形狀是頻譜儀自身分辨帶寬(IF濾波器)形狀的顯示。當改變RBW時，就改變了顯示響應的寬度。對數放大器對數放大器按照對數函數來壓縮信號電平（對于輸入電壓幅度v,輸出電壓幅度為logv

5、），這大大減小了由檢波器所檢測的信號電平變化，而同時向用戶提供校準成用分貝讀數的對數垂直刻度，在頻譜分析儀中，由于信號電平大幅度變化，故需要采用對數刻度。包絡檢波器輸入信號幅度的信息包含在中頻信號的幅度中，通過使用模擬或者數字濾波器，在濾除高的中頻信號之后，可以得到中頻信號的包絡。視頻濾波器視頻濾波器是平滑噪聲顯示的。它是對檢波器輸出視頻信號進行低通濾波平均處理來平滑顯示的。減小視頻帶寬(VBW)，可對頻譜顯示中的噪聲抖動進行平滑，從而減小顯示抖動的范圍。這樣有利頻譜儀發現淹沒在噪聲中的小功率連續波(CW)信號，還可提高測量的重復性。檢波器由于從起始頻率到終止頻率掃描點的數量遠遠大于儀器能夠顯

6、示的象素點，測量點到顯示點之間有個對應關系，稱作檢波。相位噪聲頻譜儀的相位噪聲指本地振蕩器短時間穩定度的度量參數。定義：偏離中心頻率多少Hz處，單位帶寬內的功率與總信號功率相比。其單位為dBc(1Hz)或dBc/Hz。dBc是某一頻點輸出功率和載頻輸出功率的比值的對數表示形式。平均顯示噪聲電平是頻譜儀靈敏度的度量指標，決定了頻譜儀的最小可檢測電平。如何提升頻譜儀靈敏度1. 關閉衰減；2.減小RBW；3.減小VBW；4.開啟前置放大器動態范圍動態范圍是頻譜分析儀同時處理不同電平信號的能力。動態范圍的限值依賴于實際所要進行的測量，動態范圍下限是由自然噪聲或相位噪聲決定的，動態范圍的上限是由1dB壓

7、縮點或由頻譜儀過載而造成的失真決定的。失真信號在通過射頻通道（這里所謂的射頻通道是指射頻收發信機通道，不包括空間段衰落信道）時會有一定程度的失真，失真可以分為線性失真和非線性失真。產生線性失真的主要有一些濾波器等無源器件，產生非線性失真的主要有一些放大器、混頻器等有源器件。另外射頻通道還會有一些加性噪聲和乘性噪聲的引入。線性失真可以分成線性幅度失真和線性相位失真，從頻域可以很方便表示這些失真，如下圖非線性失真非線性幅度失真常用1dB壓縮點、三階交調、三階截止點等指標衡量。1dB壓縮點：例如一個射頻放大器，當輸入信號較小時，其輸出與輸入可以保證線關系，輸入電平增加1dB，輸出相應增加1dB，增益

8、保持不變，隨著輸入信號電平的增加，輸入電平增加1dB，輸出將增加不到1dB，增益開始壓縮，增益壓縮1dB時的輸入信號電平稱為輸入1dB壓縮點，這時輸出信號電平稱為輸出1dB壓縮點。三階交調：用兩個相隔f，且電平相等的單音信號同時輸入一個射頻放大器，則放大器的輸出頻譜大致如下：三階交調常用dBc表示，即交調產物與主輸出信號的比。三階截止點：任一微波單元電路，輸入雙音信號同時增加1dB，輸出三階交調產物將增加3dB，而主輸出信號僅增加1dB（不考慮壓縮），這樣輸入信號電平增加到一定值時，輸出三階交調產物與主輸出信號相等，這一點稱為三階截止點，對應的輸入信號電平稱為輸入三階截止點，對應的輸出信號電平

9、稱為輸出三階截止點。二、射頻信號傳輸部分傳輸線從電子學概念上來說能夠傳輸電磁能量的線路都叫傳輸線，在射頻和微波頻段由于信號波長很短，傳輸線的長度可以和波長相比擬，線上各點的電壓和電流都不再相同，整個傳輸線也不再是等效電路中的一點，這個意義上的傳輸線叫長線，如無特殊說明射頻和微波信號的傳輸線都是指長線傳輸線。特征阻抗其是微波傳輸線的固有特性，它等于模式電壓與模式電流之比。無耗傳輸線的特征阻抗為實數，有耗傳輸線的特征阻抗為復數。在做射頻PCB板設計時，一定要考慮匹配問題，考慮信號線的特征阻抗是否等于所連接前后級部件的阻抗。當不相等時則會產生反射，造成失真和功率損失。在目前世界上的微波通訊系統一般分

10、為兩種特性阻抗，一種是50歐姆系統，如軍用的微波、毫米波通訊系統，雷達，我們目前開發的蜂窩通訊系統GSM、WCDMA等；另一種是75歐姆系統，這種系統相對比較少，如我們目前使用的有線電視系統。駐波比：駐波比全稱為電壓駐波比，又名VSWR和SWR，為英文Voltage Standing Wave Ratio的簡寫。指駐波波腹電壓與波谷電壓幅度之比，又稱為駐波系數、駐波比。駐波比等于1時，表示饋線和天線的阻抗完全匹配，此時高頻能量全部被天線 輻射出去，沒有能量的反射損耗；駐波比為無窮大時，表示全反射，能量完全沒有輻射出去。在入射波和反射波相位相同的地方，電壓振幅相加為最大電壓振幅Vmax ，形成波

11、腹；在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅Vmin ，形成波谷。其它各點的振幅值則介于波腹與波谷之間。這種合成波稱為行駐波。駐波比是駐波波腹處的電壓幅值Vmax與波谷處的電壓幅值Vmin之比。反射系數：回波損耗回波損耗，又稱為反射損耗。是電纜鏈路由于阻抗不匹配所產生的反射，是一對線自身的反射。不匹配主要發生在連接器的地方，但也可能發生于電纜中特性阻抗發生變化的地方，所以施工的質量是提高回波損耗的關鍵?；夭〒p耗將引入信號的波動，返回的信號將被雙工的千兆網誤認為是收到的信號而產生混亂?；夭〒p耗是傳輸線端口的反射波功率與入射波功率之比，以對數形式來表示，單位是dB，一般是負值，其絕

12、對值可以稱為反射損耗。反射系數是反射波和入射波電壓之比，而回波損耗是反射波和入射波的功率之比。一般情況下從量級上看，功率之比是電壓之比的平方，而在對數域里功率之比是電壓之比的2倍。傳輸系數插入損耗增益史密斯圓圖史密斯圓圖(Smith chart）是一款用于電機與電子工程學的圓圖，主要用于傳輸線的阻抗匹配上。一條傳輸線(transmission line)的電阻抗力(impedance)會隨其長度而改變，要設計一套匹配(matching)的線路，需要通過不少繁復的計算程序，史密斯圓圖的特 點便是省卻一些計算程序。史密斯圓圖的基本在于以下的算式= (Z - 1)/(Z+ 1)代表其線路的反射系數(

13、reflection coefficient)，即S-parameter里的S11，Z是歸一負載值，即ZL / Z0。當中，ZL是線路的負載值Z0是傳輸線的特征阻抗值，通常會使用50。圓圖中的橫坐標代表反射系數的實部，縱坐標代表虛部。圓形線代表等電阻圓，每個圓的圓心為1/(R+1),半徑為R/(R+1).R為該圓上的點的電阻值。中間的橫線與向上和向下散出的線則代表阻抗的虛數值，即等電抗圓，圓心為1/X,半徑為1/X.由于反射系數是小于等于1的，所以在等電抗圓落在單位圓以外的部分沒有意義。當中向上發散的是正數，向下發散的是負數。圓圖最中間的點(Z=1+j0,  =0)代表一個已匹配(m

14、atched)的電阻數值(此ZL=Z0，即Z1)，同時其反射系數的值會是零。圓圖的邊緣代表其反射系數的幅度是1，即100%反射。在圖邊的數字代表反射系數的角度(0-180度)。S參數S參數，也就是散射參數。是微波傳輸中的一個重要參數。S12為反向傳輸系數，也就是隔離。S21為正向傳輸系數，也就是增益。S11為輸入反射系數，也就是輸入回波損耗，S22為輸出反射系數，也就是輸出回波損耗。Ur1 = S11 Ui1 + S12 Ui2Ur2 = S21 Ui1 + S22 Ui2Ui1，Ui2，Ur1，Ur2：分別是端口1和端口2的歸一化入射電壓和反射電壓S11：端口2匹配時，端口1的反射系數；S22：端口1匹配時，端口2的反射系數；S12：端口1匹配時，端口2到端口1的反向傳輸系數；S21：端口2匹配時，端口1到端口2的正向傳輸系數；S 參數（散射參數）用于評估 DUT 反射信號和傳送信號的性能。S 參數由兩個復數之比定義，它包含有關信號的幅度和相位的信息。信道功率測量信道功率測試功能通過對信道帶寬內的功率密度積分來進行信道功率的測量，獲得信道帶寬內的平