如何看懂频谱图,频谱仪的关键性指标有哪些?

傅里叶曾证明了现实世界中的任何波形均可以通过将不同正弦波叠加组成,只需正确调整这些正弦波的幅度、频率和相位即可,这就是时域图。同样,任意现实世界中的信号波形可以分解成独立的正弦波成分,将这些正弦波按照频率顺序排列绘制成的就是频谱图。

而要了解频谱仪我们先要能看懂频谱图,频谱图是以频率为横坐标,幅度为纵坐标,信号在频域上的展现。如下图,在示波器是我们看到的是不同幅度周期的正弦信号,但在频谱图上我们看到的是不同频率/幅度的单一信号。通过频谱仪我们能够很直观的看到我们所接收到信号的不同频率和幅度。频谱图的纵坐标幅度作对数计算,以dB表示,以便能同时观察高幅度和低幅度的周期信号。

频谱图

 

 

传统的扫频频谱仪的指标主要分三大类,分别是频率性能指标、幅度性能指标以及时间性能指标。

频率性能指标包括:

输入频率范围

可测量信号的频率范围,如KSW-VSA01为2Hz~50GHz

分辨率带宽(RBW)

将两个不同频率信号区分出来的最小带宽

视频带宽(VBW)

将跳变的噪声平滑出趋势稳定信号的带宽

频率准确度

常以ppm(百万分之一)表示

相位噪声

距离载波一定频偏的噪声谱密度与信号功率比

 

幅度性能指标包括:

幅度准确度

正弦信号的幅度稳定性

最大接收功率

最大能接收的信号功率

显示噪声电平(DANL)

对微弱信号的分辨能力,又称接收灵敏度

接收动态范围

在同一设置下能分辨的最大及最小信号差值

剩余响应

又称无输入噪声,频谱仪内部自己产生的虚假信号

镜像抑制

对频谱仪内部超外差接收机的镜像频率的抑制能力

1dB压缩点/

二次谐波失真/

三阶交调失真

表征频谱仪内部接收机线性度的指标

驻波比

输入驻波比,值越接近1匹配越好

 

时间性能主要指:

扫描时间

频谱仪扫频本振调谐扫过所选带宽需要的时间

扫描点数

所选带宽下扫频本振的切换点数

 

随着通信技术的不断发展,技术人员不断研究探索新的测试技术,传统扫频频谱仪由于只能通过本振顺序扫描捕获信号,无法对动态信号进行跟踪捕获等原因已经无法满足日益复杂的测试需求,借助于高速ADC和数字信号处理技术,实时频谱分析仪也应运而生。

实时频谱分析仪通过时域采样和FFT等数字信号处理技术确保在一定频率范围(分析带宽)内的所有信号信息同步获取、同步分析。相对于传统频谱仪增加了如下关键性指标:

分析带宽

FFT单次分析的最大信号带宽

邻道抑制(ACLR)

主信道与相邻信道的功率比

无杂散动态范围(SFDR)

分析带宽内频谱仪的最大和最小信号的解调范围

误差矢量幅度(EVM)

理论波形与接收到的实际波形差

FFT点数

单次FFT的最大扫描点数

 

为满足日益增长的无线连接需求,网络基础设施和用户设备需要适应LTE、5G NR、802.11、NB-IoT等多种无线技术,更宽的分析带宽、更多的分析点数、更大的动态范围(ACLR)、更优的误差矢量幅度(EVM)&邻道抑制(ACLR)以及对瞬时信号优异跟踪处理能力必将是未来频谱仪发展的趋势。