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R&S 中国培训中心
© 2006
wwwrohdeschwarzcom
射频基础测量2
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1RF微波基概念
2调制解调
3频谱分析原理
4信号源频谱仪应
5功率测量
6网络分析
7附录：测试仪器仪表
容
课程侧重RF微波基概念测试仪器仪表基原理
涉相关仪器仪表：信号源频谱仪（信号分析仪）功率计矢量网
络分析仪3
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RF微波基概念
1认识线通信移动通信RF微波
2线电传播特性
3扩频通信址技术
4RF模块元器件
5两项技术：PLLALC
6名词术语：相位噪声1dB压缩点IP34
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通信系统分类
ƌ传输媒介
1线通信系统
2线通信系统
ƌ调制方式
1模拟通信系统
2数字通信系统
传输媒介区分通信分线通信系统线通信系统前者包
括固定电话光纤通信宽带网络ADSL电力线通信等线通信包含
移动通信微波传输卫星通信广播电视等
数字通信系统具模拟通信系统没优点抗噪声性接
力通信（转发）消噪声累计采信道编码技术误码率降
低外便加密实现保密通信数字信号便处理存储交换计算
机连接
数字通信缺点占频带较宽通电话例模拟通信
3～4kHz带宽数字电话般需十kHz带宽外数字通
信设备般模拟通信复杂5
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常通信系统
频率范围 常符号 途
3Hz30kHz VLF（甚低频） 电话长距离导航时标
30kHz300kHz LF（低频） 导航信标电力线通信
300kHz3MHz MF（中频） 调幅广播业余线电
3MHz30MHz HF（高频） 短波广播军通信
30MHz
300MHz
VHF（甚高频） 电视调频广播空中
制车辆通信导航
300MHz3GHz UHF（特高频） 电视空间遥测雷达导
航移动通信
3GHz30GHz SHF（超高频） 微波接力卫星空间通
信雷达
30GHz
300GHz
EHF（极高频） 雷达微波接力射电天
文学
音频范围(AF) f<1MHz
射频范围(RF) f<3GHz
微波范围 f<40GHz
毫米波范围 f>40GHz
RF微波差微波频段RF高组成通信系统
相似性
描述方便文通称RF6
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什RF
1RFradio frequency指发射线电波 (称射频) 应线通
信
2RF时称高频相低频言
3RF途迅速准确传输信息克服距离障碍线
通信关键技术传输信息载体
RF信号模拟
1线数字通信系统采数字调制方式
2线模拟通信系统采模拟调制方式
3线通信系统模拟数字RF信号模拟7
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OK
C
SERV 69
F BABC
STOCKHOLM
TRAFFIC 2
RF处
里线通信里RF8
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RF应线通信
1AMPSTACS
2GSMEDGEGPRS
3CDMAWCDMATDSCDMA
4Bluetooth
5WLAN 80211abg(WiFi)
6WIMAX 80216
7PHS
8DECT
9analog wireless communicationWalkietalkie
线通信广义概念通信传输媒介线电波通信称
线通信
移动通信更加侧重移动设备手持式线通信范畴9
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AMPS
TACS
NMT

第代 80年代
模拟
模
拟
技
术
GSM
CDMA
IS95
TDMA
IS136
PDC
第二代 90年代
数字
需求驱动
数
字
技
术
语
音
业
务
第三代
IMT2000
UMTS
WCDMA
cdma
2000
需求驱动
宽
带
业
务
TD
SCDMA
蜂窝移动通信系统发展历程
第代模拟系统：采FDMA体制较北美AMPS（
Advanced Mobile Phone System）英国欧洲部分国家TACS（
Total Access Communication System）系统北欧（丹麦挪威瑞
典芬兰）NMT （Nordic Mobile Telephone System）系统日
NAMTS系统等等系统均先投入商时期系统
技术模拟调频频分址模拟方式工作频段
800900MHz（早期450MHz）称蜂窝式模拟移动通信系
统第代移动通信系统国采TACS北欧NMT
第二代数字系统：技术GSM系统TDMA技术全球70－
80份额中国移动中国联通GSM制式北美流通信
方式采高通公司提出CDMA IS95标准外北美类似GSM
TDMA IS136GSM样采TDMA方式日单独提出PDC标准
原想成统标准仅仅日应PHS中
国推广PDC第二春AMPS：先进移动电话系统模拟蜂窝
800MHz频带AMPS北美南美部分环太洋国家广泛
TACS：总接入通信系统900MHz频带分ETACS（欧洲）NTACS
（日）两种版英国日部分亚洲国家广泛标准
DAMPS （先进数字移动电话系统）称IS54IS136（北美数字蜂
窝）800MHz频带两种北美数字蜂窝标准中推出较早种
指定TDMA址方式
IS95北美种数字蜂窝标准800MHz1900MHz频带指
定CDMA址方式已成美国PCS（通信系统）网首先技术
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AMPS
TACS
NMT

第代 80年代
模拟
模
拟
技
术
GSM
CDMA
IS95
TDMA
IS136
PDC
第二代 90年代
数字
需求驱动
数
字
技
术
语
音
业
务
第三代
IMT2000
UMTS
WCDMA
cdma
2000
需求驱动
宽
带
业
务
TD
SCDMA
蜂窝移动通信系统发展历程
发展第三代IMT2000（国际电联命名第三代移动电话系统
International Mobile Telephony）包含3层含义2000年发
展2GHz频段速率达2M
发展3G根动力：追求高频谱利效率移动通信历
追求目标代二代约提高34倍左右3G理2G高4－5倍
高速媒体业务追求2G够满足国际电联外出
发点希统制式希全球漫游缝覆盖现没完全
实现
世界研究开发第三代移动通信系统国家区（包括国
际电联）言目前紧迫务线传输技术选择评估
爱立信高通达成协议前够提交较成熟候选方案国家
区美国欧洲日中国三种方案：
* 宽带CDMA（称WCDMA）ARIB日建立CDMA方案欧洲ETSI
CDMA方案融合成1998年1月28日29日巴黎召开ETSI
SMG224次会议获通代表厂家爱立信诺基亚NTT等
* CDMA2000美国响应ITU线传输技术方案征集活动专门成立
线传输技术评估组TIA TR455提出代表厂家高通摩托罗拉
北方电讯朗讯科技三星电子等
* TDSCDMA国电信科学技术研究院（CATT）提出CATTTD
SCDMA西门子TDCDMA先进技术合代表厂家CATT西门子
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数字通信系统构成
原始
信息
基带滤波
IQ调制
信源
编码
发射振
混频器
前置
放器
功放
IQ解调
基带成形
接收振
混频器
低噪声
放器
信道
编码
滤
波 双工器
滤
波
信道
解码
信源
解码
原始
信息
发射机准限频带传输信息接收机容易解调带信
号功率满足求带外杂散信号邻道泄漏功率
接收机准放信号减接收带宽抑制邻道信号杂散信号
限度发射信号误解调
原始信息信源编码信道编码数字信息IQ调制变基
带信号混频达需频率发射功率够传输足够远距
离需功放进行放
双工器分离频率发射信号接收信号12
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通信双工方式
1 单工(Simplex)方式：通信双方设备中发送器接收器
分工明确发送器接收器单固定方传
送数
2 半双工(Half Duplex)方式：通信双方设备发送器
接收器两台设备相互传送数某时刻
方传送数
3 全双工(Full Duplex)方式：通信双方设备发送器
接收器两台设备时两方传送数
单工设备BB机（寻呼机）收音机电视机等
半双工设备讲机（步话机）
双工设备手机绳电话13
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CDMA
Time
Freq
TDMA
Time
Freq
FDMA
Time
Freq
分址方式
FDMA系统中通频率区分户
TDMA系统中户时隙
CDMA系统中户频率时隙样通采
码区分采错误码接收解调出信号全部噪声14
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CDMA
举生活中例子说明种址方式
假想8互相交流三种
1交流双方处房间会互相干扰需浪费
硬件资源（房间）交流方式类似FDMA
2交流双方处房间首先15间交流结束26间交流
48间交流8间会互相干扰交流效率低（1
5间交流时6交流）交流方式类似TDMA
3交流双方处房间时交流采语言
英语德语阿拉伯语汉语8间会互相干扰缺点
声音太否交流受干扰交流方式类似
CDMA15
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Fast
Spreading
Sequence
Slow
Information
Sent
TX
Slow
Information
Recovered
RX
Fast
Spreading
Sequence
Wideband
Signal
扩频通信原理
q 扩频通信信号频谱展宽进行传输技术
q 理解释Shannon定理：CWlog2(1+SN)
公式CWlog2(1+SN)中W占带宽C系统达极限
容量SN接收机正常工作信噪式出提高
系统容量信噪法提高情况增信道带宽提高
系统容量频带换取信噪扩频通信基原理
信道容量仙农定理：
(1)提高信号S噪声N功率增加信道容量
(2)信道中噪声功率N趋0时信道容量C趋穷
说干扰信道信道容量穷
(3)信道容量C定时带宽W信噪SN间互换减
带宽时提高信噪维持原信道容量
(4)信噪定时增加带宽W增信道容量
(5)噪声高斯白噪声时(实际通信系统背景噪声高
斯白噪)增加带宽时会增噪声功率果信号功率增加会造
成信噪降限增带宽应限信道容量16
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扩频通信原理示意图
f
S（f）
f0
扩频前信号频谱
信号
S（f）
ff0
扩频信号频谱
信号
S（f）
ff0
解扩频信号频谱
信号
干扰噪声
f
S（f）
f0
解扩频前信号频谱
信号
干扰噪声
信号 脉干扰 白噪声
信号扩频占频带变宽信号幅度降低
接收端进行解扩宽带信号量重新集中原带宽
干扰扩展较宽频带中量降解调器滤波
部分干扰量滤掉提高信噪
CDMA系统：CDMA系统频率相时间扩频码进行
址通信系统 WCDMA系统原理CDMA样仅仅带宽3倍
CDMA系统信道码信道时候信道频谱混合叠加
起CDMA系统干扰系统CDMA系统接收机接收信号
码信道信号
扩频通信特点：抗干扰力强隐蔽性（信号频谱密度低白噪
声）抗衰落抗径干扰实现码分址通信
存远效应：CDMA频接收系统造成弱信号淹没强信号
中弱信号部分法正常工作
扩频定义处理增益：信源原始信号带宽扩展倍数处理增益
：PGWcR中Wc码片速率R信息速率dB表示：
PG10log10(WcR)
扩频信号接收端进行相关解扩恢复原始信号扩展倍数越
处理增益越高抗干扰力越强17
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常微波波段代号
0375－0380－10003W
05－037560－8004V
075－0540－6006U
111－07527－4008Ka
167－11118－27125K
25－16712－182Ku
375－258－123X
75－3754－85C
15－752－410S
30－151－222L
波长范围（cm）频率范围（GHz
）
标称波长（cm）波段代号18
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波理
3天线波长相拟时发射效率越高
fc *λ
1波长频率成反C光速等3×108米秒
2波具直射反射绕射衍射特性频率越高直射
力越强频率越低绕射力强
4RF频率高波19
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线传播特性
外移动台移动引起频率扩散普勒效应
发送信号 接收信号
干扰干扰
0dB
发送信号
25dB
接收信号
衰落衰落
0 t s s+ t
发送信号 接收信号
时延时延
0 t 2t 3t s s+ t
发送信号 接收信号
抖动抖动
线传播问题
干扰：蜂窝线系统性限制素包括频干扰频干
扰杂散干扰
衰落：路径传播损耗慢衰落损耗快衰落损耗快衰落损耗径
传播引起般遵Rayleigh分布Rician分布
抖动：信号间时间差发生变化
时延：路径达接收点信号达时间产生径
移动台接收机接收条传播路径信号传播路径长度
时间先信号相位根相叠加反相抵消干
涉原理移动路线中处干涉结果形成斑马线状干涉条纹
移动程中MS(UE)收时强时弱起伏信号
IMT20002GHz工作频率说波长仅仅15cm高速
移动时秒接收信号强弱变化次接收功率强弱相差
达40dB折合1万倍功率差20
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电磁传播：直射反射散射绕射
线环境中信号衰减分成三部分
u 路径损耗：电磁波宏观范围（公里级）空间传播产生损耗反
映传播空间距离接收信号电变化趋势
u 慢衰落：电波传播路径受建筑物山丘等阻挡产生阴影效应
产生损耗
u 快衰落：电磁波信号数者数十波长范围发生快速衰落
快衰落包络分布描述方法
u 瑞利分布：非视距传播
u 莱斯分布：视距传播
线传播特性
传播路径分直射传播非直射传播般情况基站移动
台间存直射信号时接收信号发射信号干次反
射绕射散射叠加某空旷区基站天线较高时
存直线传播路径
高建筑物远处高山等阻挡物存常常会导致发射信号
传播路径达接收端谓径传播效应（
Multipath Propagation）径信号路径达接收端时具
时延入射角导致接收信号时延扩展（delay spread
）角度扩展（angle spread）
外移动户传播路径方运动接收信号产生普勒（
Doppler）扩展效应结果导致接收信号频域扩展时改变
信号电变化率
纳起传播会产生三类损耗
路径传播损耗：称衰耗指电磁波宏观范围（公里级
）空间传播产生损耗反映传播空间距离接收信号电
变化趋势
尺度衰落损耗：电波传播路径受建筑物山丘等
阻挡产生阴影效应产生损耗反映中等范围数百波长
量级接收电均值变化产生损耗般遵数正态分布
变化率较慢称尺度衰落
尺度衰落损耗：径传播产生衰落反映微观
范围数十波长量级接收电均值变化产生损耗般遵
Rayleigh（瑞利）Rician（莱斯）分布变化率慢衰耗快
称尺度衰落划分：空间选择性衰落频率选择性衰
落时间选择性衰落选择性指空间频率时间衰
落特性样
——尺度衰落称遮蔽衰减幅度较快变化成分
——尺度衰落称径衰落21
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径效应
接收信号接收信号
时间时间
强强
度度
00
发射信号发射信号
线移动通信信道受着种移动性线传播特性带影
响线通信系统中需关心发射天线接收天
线信号途径发射散射效果接收机必须处理信号副
叠加干净直射信号（时候甚根
直射信号）
衰落特性反映衰落程统计特性具均信道击响
应路径模型模拟然数学衰落模型复杂
然关心验模型特聚焦移动通信系统时
基面原ITU指定衰落模型允许定义明确致性
测试场景基通反映统计参数（路径衰耗时
延扩展）均值样击响应动态性（普勒效应瑞利
分布瑞森分布等）描述22
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信道击响应
散射
反射
原始脉
回波反射色散反射带路径传播时延原始信号达手机接
收机散射延时样衰落信道击响应表现径传播
特定参数延时损耗然法表现参数动态行
实际描述仿真衰落动态行（瑞利瑞森衰落）必须考虑
击响应引入评估衰落信道引起时延扩展重衰落参数
参数描述信道输入脉（狄拉克脉 Dirac Pulse ）时间
均展宽时延扩展计算实际标准方差计算中传播时延 t作
机变量均信号功率 P t 概率密度函数时延扩展倒数
相关带宽衰落信道击响应时域越宽时延扩展越相关带
宽越时延扩展传输信号符号周期时会导致符号间干扰
(ISI) 足够ISI会明显限制线信道符号率会导致低
通行截止频率 » 传播时延倒数种衰落分类频率选择
性衰落象CDMA样宽带系统尤重相符号周期较
时延扩展引起频率选择性衰落忽略23
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普勒效应
普勒效应声学领域广众知然电磁波传播领域样
必须考虑移动通信系统接收机
移动性普勒效应产生频率偏移需补偿
a 0° 180°时接收机直接面远离发射机移动种情况
频率偏移
：
f 2 GHz (UMTS 频率)
c 3·108 ms (光速)
v 60 ms ( 216 kmh 接收机相发射机移动速度 )
+ 400 Hz 频率偏移24
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信道容量（仙农哈特利定律）
CW Capacity in [bps] per [Hz]
2
0
2
4
6
8
10
12
14

1
0 0
1
0
2
0
3
0
4
0
SNR [dB]
÷
÷
÷
ø
ö
ç
ç
ç
è
æ
+× N
SBC 1log 2
SNRBC ××» 3
1
1>>N
S
[ ] N
SdBSNR log10
限频宽信道信道容量受加性高斯白噪声情况假
设等分布二进制符号没信道编码仙农哈特利（
ShannonHartley）等式：
C B · log2(1 + SN)
C 信道容量特秒 SN 信号噪声功率值
信噪
B 带宽赫兹
部分情况假设 SN >> 1样定义 SNR 10 ·
log(SN) 似值：
C 13 · B·SNR
基关系传输技术基础特概述具宽频率带
宽时非常嘈杂信道然指定性传输数实际
WCDMA基原理关系信道编码方案基础信道编码
目定SNR减少特错误保证定传输性前
提提高信道容量
仙农公式画成图中曲线该图横坐标信噪SN分贝dB
单位坐标CW（CB容量带宽）单位bpsHz物理意义
化信道容量单位频带信息传输速率显然CW越频带
利率越高信道利率越高该曲线表示实际通信系统
理频带利达极限曲线方实际通信系统实现频带
利区域方实现区域25
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常工程量纲
功率：1w103mw106mw
dBm10lg(P1mw)
dB10lg(PPref)
电压：1V103mv106mv
频率： 1kHz103Hz
1MHz106Hz
1GHz109Hz
ppm106
dBdBm相值前者定信号间相值者固定
1mw信号间相值
工程射频阻抗50欧姆时信号dBm表示dBuv表示数字相
差107
假设两相信号功率分10dBm10dBm相加总功率0dBm？
10dBm功率01mw10dBm功率10mw功率101mw
换算成相值
10log（101)10043dBm26
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RF端口阻抗
1通常RF电缆端口50欧姆
2广播电视轴电缆75欧姆
3负载阻抗输出阻抗相等时够功率
传输
4端口间阻抗相等时信号会发生反射
R0
RL
信号传输程中碰阻抗连续情况会发生反射阻抗差异越
反射越强烈差异越反射越现实生活中例子般新
房子讲话时会出现强烈反射出现回音KTV包房里面墙
特殊处理阻抗发生变化墙壁声音信号吸收部分反射少
27
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SMA阳 – SMA阳SMA阴
BNC阳 BNC阴 N阴 N阴
N阳 BNC阴
常RF连接头
常见RF连接头种形式
1 BNC频率高2GHz
2 N 频率高18GHz
3 SMA 频率高24GHz
4 35mm 频率高388GHz
5 292mm 频率高465GHz
RF连接头区分阴阳中Female阴头母头Male阳头公头
拧接头时般保持连接头中心（导体）动旋转外螺纹否导
体容易磨损导致连接头性降28
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射频微波模块元器件
1 电阻R电容C电感L
2 单端口器件（天线吸收负载）
3 双端口器件（ 滤波器 衰减器 放器 移相器）
4 端口器件（混频器耦合器功分器合路器隔离器
双工器）
低频领域分析模块信号采集中参数射频微波领域
采分布参数分析模块采微带线设计频段
参数段传输线某频率呈现电感外频率呈现
电容
射频微波元器件里面源器件源器件29
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RF模块天线
天线作电信号电磁波信号互转换
具互易性：果根天线做发射作接收天线30
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RF模块合路器
性指标：
插入损耗：A1B1
带波动：E
端口回波损耗：A1C1
隔离度：A1D1
A1 B1
B2A2
C1
D1
C2
D2
合路器 E
合路器（combiner）功分器（splitter）二合三合四合等型号
合路器作功分器
插入损耗指信号合路功分前间信号差值端口连接匹配负载

带波动指规定频带频点插入损耗值值间差
值
回波损耗指加端口输入信号端口反射信号功率差
隔离度指加端口输入功率端口（输出端口外）泄漏功率差
31
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RF模块放器
1低噪声放器（LNA）位接收机前端
增益
噪声系数
带失真
2功率放器（PA）位发射机末级
输出功率
线性度
带外杂散32
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RF模块滤波器
1低通滤波器
2高通滤波器
3带通滤波器
4带阻滤波器
f2
0dB
A
f
0dB
f1
A
f
0dB
f1
A
ff2
0dB
f1
A
ff2
0dB
f1
A
f
f2
3dB
60dB
B3dB
B60dB
波形系数SF603 B60dBB3dB
低通滤波器高某频率f1信号全部滤低频率f1信
号损耗传输频率f1低通滤波器截止频率高通滤波器低
通滤波器相反低某频率f2信号全部滤高频率f2
信号损耗传输频率f2高通滤波器截止频率
带通滤波器某频段信号损耗传输频段外信号
衰减滤低通滤波器高通滤波器串联需
选择f2f1
带阻滤波器某频段信号衰减滤频段外
信号衰减低通滤波器高通滤波器联需
选择f1f2
理想滤波器存实际升降需定时间存裙
边
滤波器带宽般定义3dB带宽信号传输时带降3dB时应
带宽EMC测试中定义6dB带宽现应中提1dB带宽
滤波器形状子般60dB带宽3dB带宽表示33
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RF模块定耦合器
性指标：
1耦合度：输入端输入功率Pi耦合端输出功率Pc
记Kc＝10lg（PiPc）
2隔离度定性：输入端输入功率Pi隔离端输出功
率Ps记Ks＝10lg（PiPs）
3方性：耦合端输出功率Pc隔离端输出功率Ps
记Kd＝10lg（PcPs）
1
43
2
定耦合器种具方性功率分配器传输系统正波中
定例分出部分功率基反波中分出功率利定
耦合器传输系统中入射波反射波进行取样疑种
微波器件
定耦合器等效4端口网络线两端口12副线两端
口34两者间定耦合机构功率端口1输入时部分功
率直通端口2输出部分功率耦合副线中中端口叠
加成耦合口3（4）外端口反抵消成隔离口4（3）功率
2端口输入时1耦合口成2端口隔离口1隔离口成2耦合
口时般34中接匹配负载
右图模块包含两定耦合器34
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RF模块频段双工器
1频段信号传输传输线助
副天线发送出天线接收频段
信号分开便进行检测
2利两中心频率带通滤波器进行频率
混合分离35
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RF模块混频器
1混频中心频率fc(载频)已调信号υs失真变换中心频
率fI已调信号υI频率变换程通常υI称中频信号fI称
中频频率 (简称中频) 图中υLVLmcosωLt振荡电压
ωL2πfL振角频率
2混频实质：频谱搬移观点言混频作输入已调信号
频谱失真fc搬移fI位置混频电路种典型
频谱搬移电路
1混频产物
果混频器输入两信号f1f2输出信号频率
mf1＋nf2称（m＋n）阶产物
例（2f1f2）三阶产物阶数越高幅度越
工程尤关注二阶三阶产物
2镜频率
通常输出频率＝（输入频率－振频率）者（输入频率＋振频率）
前者接收机居者发射机中居
前者存两输入频率满足等式信号外外称
镜频率
：输入信号频率800MHz振频率900MHz中频100MHz
果输入信号频率1000MHz中频100MHz称1000MHz
800MHz镜频率
信号镜频率相差（2*中频）36
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PLLphase lock loop 锁相环
PD LF VCO1
1
N1
N2
f0fref
f0N2frefN1
f0fref*N2N1
PLL包括四部分：鉴相器PD环路滤波器低通滤波器LF电压控制振荡器
VCO分频器1N参考频率fref
PLL相位负反馈控制系统目稳定输出信号频率输出频率偏高
分频参考频率鉴相输出信号滤波电压控制VCO振荡频率降低
达输出频率稳定
PLL稳定分两程频率锁定相位锁定PD首先鉴频器
然鉴相器
输出信号频率精度参考频率源精度样参考源接受外部输入
参考源输出仪器做参考源般10MHz测试系统
中般精度高仪器参考源分配仪器37
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ALC动电控制
ALCAGC(动增益控制)样
ALC动稳定输出幅度项负反馈环路技术输出信号幅度变高时检
波器电压相应变参考值进行较输出控制信号PIN
输出功率降低输出功率相应降低
输出信号准确度决定参考电压整动控制环路38
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相位噪声
1相位噪声偏离载波固定位置处fn单位带宽1Hz
噪声功率Pn信号总功率Ps值
2相位噪声反映单载波信号频谱纯度
3单位dBcHz@ fn offset135dBcHz@10kHz
移动通信中接收机需接收微弱信号时相邻频
道存强信号时接收机首先需微弱信号变频中频
频段程中混入相位噪声需噪声信号种相
位噪声源两种种邻道信号通变频混入接收信号种
接收机振信号相位噪声振信号接收机变频需标准信
号相位噪声会影响系统性必进行测量
相位噪声测量误差两方面端受频谱仪振约束远端受
热噪声噪声限制
相位噪声抖动
相位噪声抖动种现象两种定量方式理想情况
频率固定完美脉信号(1 MHz例)持续时间应该恰1微秒
500ns跳变幸种信号存信号周期长度
总会定变化导致时间确定种确定相
位噪声者说抖动
抖动信号时域变化测量结果质描述信号周期距离理想
值偏离少39
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1dB压缩点40
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三阶截止点IP341
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射频信号数学表示式
V A(t) cos[2pf(t) +f(t)]
t
A
f
时 域 频 域
余弦函数三变量改变：幅度频率相位
时域信号幅度A效值0707A频域功率指信号
加50欧姆电阻功率频域功率
（0707A）(0707A)50＝A*A10042
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调制解调43
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容
1模拟调制AMFMPhM
2ASK
3FSKMSKGMSK
4IQ调制
5PSKBPSKQPSK8PSK
6QAM
7OFDM
8基带滤波器44
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– 模拟调制 (AM FM PM Pulse)
– 数字调制 (ASKFSKPSKQAMOFDM)
AM Pulse
FM PM
V A(t) cos[q(t)]
V A(t) cos[2pf(t) + f (t)]
调制基概念
载波信号三参数变化：幅度频率相位
正弦函数余弦函数相位相差90度
调制基带信号控制三参数中已调制信号中恢
复基带信号程解调
模拟调制调制基带信号模拟信号数字调制基带信号数字信号
1045
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调幅AM
UMod(t) UC(t) cos(ωC(t)t + ΦC(t))
AM
时域 频域
特点：实现简单抗噪声力弱
应：广播
调制分线性调制非线性调制果已调信号频谱调制信号频
谱间线性搬移关系调制称线性调制频率位置变频谱结构
没变化非线性调制调制信号频谱频率轴作频谱搬移
保持线性关系调制信号频谱保持调制信号频谱结构
调制信号带宽般调制信号带宽
AM线性调制FMPM非线性调制
调幅常种调制方式中短波广播采种调制振幅调制通常分
普通调幅（标准调幅）抑制载波衡调幅单边带调幅残留边带
调幅等种类型图显示标准调幅
果调制信号频率f调幅信号占频带宽度B2f46
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调频FM调相PhM
UMod(t) UC(t) cos(ωC(t)t + ΦC(t))
ΦMFM
时域 频域
ft
特点：恒定幅度抗噪声力强
应：广播讲机线麦克风
调频信号非相干解调AM信号非相干解调样存着门限效应
输入信噪门限电时解调器抗噪声性较输入信噪
门限电时输出信噪急剧降收音机接收信号较强时
噪声般沙沙声（起伏噪声）着信号减弱输出信噪严
重恶化噪声明显加时会听喀尬声（脉）
果调制信号频率f调频信号占频带宽度B2（1＋m）f
中m调制指数47
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矢量调制：IQ调制解调器
1IQ信号边带时产生影响
2射频带宽基带信号带宽两倍
3直流输入会导致载波泄漏允许直流偏置存
4IQ两路信号等幅
5IQ两路信号相位偏移时间延迟
6 IQ解调器程逆
Σ
LO
LO
IChannel
QChannel
RF
RF
RF In
90°
0°
ISignal
QSignal
RF Out
模拟调制AMFMPM中采调制信号直接调制VCO实现
新数字调制信号非常复杂QPSK载波相位码元交程中
四种QAM信号调制码元交变化时刻仅种幅度
种相位样采原始调制方式根法满足实现起
非常困难复杂信号分解互正交IQ复杂PSKQAM
IQ实现起非常方便IQ调制解调数字系统中应非常广泛48
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UMOD (t) ÛC (t) cos [wC t + FC(t) ]
AM
数字调制
ASK幅移键控
0 1 11 00
特点：实现简单占带宽
应：汽车遥控器
称OOK
振幅键控利基带数字信号（调制信号）高频正弦波幅度进行相应控
制方式记作ASK般基带数字信号速率较低
ASK两种形式：
1调制信号1时高频信号存调制信号0时没高频信号存
图示接收时根高频信号判断0者1信息
2调制信号1时高频信号音频信号（400Hz）调制高
频调幅波调制信号0时等幅高频信号接收时解调器输出根
音频信号判断01信息49
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UMOD (t) ÛC (t) cos [wC t + FC(t) ]
FM
数字调制
FSK 频移键控
11 1000 0
特点：抗噪声力强
应：绳电话寻呼机
基带数字信号正弦波载频进行控制方式称频移键控记作FSK

果调制信号1时载波频率f1 果调制信号0时载波信号频率f2
样码元交时候两载波相位相时间会出现
拐点频域频谱分散
MSKFSK基础根调制信号周期频率合理选择两载波频率
码元交时两载波相位样信号滑渡
频域频谱集中占更窄带宽50
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MSK 频移键控
1 1 1
0 0 0
fC
Data 1 +∆f
Data 0 ∆f
MSK调制指数m05FSK51
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Q
I
+ 90ϒ
90ϒ
相移 +90ϒ 逻辑 1
相移 90ϒ 逻辑0
MSK 频移键控52
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MSK频谱53
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GMSK频谱
MSK调制采高斯滤波器存符号间干扰占频带变窄应
GSM54
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PSK相移键控
0 0 0 01 1 1
数字调制
FM
UMOD (t) ÛC (t) cos [wC t + FC(t) ]
基带数字信号正弦波相位进行控制方式称频移键控记作PSK

二相相移键控中分绝移相键控PSK相移相键控两种基方式

绝相移键控二进制基带信号控制载波相位例1时载波
相位变0时载波相位反转移相180度取相反规定
1反0变
相移相键控二进制相移相键控记作DPSK前码元相位
值作码元相位取值参考果基带数字信号1载波振荡
相位相前码元相位相相移0基带数字信号0时载波振
荡相位相前码元相位反180度55
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0 1 0
TBit
t fBit
+ fBit
fC
fBit
Φ 180° Φ 0°
Q
I
BPSK
Bbinary 二进制
会出现两种相位0度180度56
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BPSK频谱57
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t
Symbol
Time
2∗TBit
位序列
1 1 0 1 1 0 0 0
fC ∗ fBit
1
2 + ∗ fBit
1
2
∗ fBit
1
2
f
I
Q10 00
11 01
QPSK
QQuad
QPSK会出现四种相位45度135度225度315度58
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Pi4 QPSK
1调制效率QPSKBPSKGMSK
倍
2避免相位发生180度变化引起幅
度沉降相位变化135度
3图00 00 01数做Pi4
QPSK调制时IQ星座图变化59
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8PSK
1符号代表3特调制
效率BPSKGMSK3倍
2EDGE通信制式60
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QPSK频谱61
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· · · ·
· · · ·
· · · ·
· · · ·
I
Q
16QAM
Linear
Attenuator
Linear
Attenuator0180°
0180°
Σ
IChannel
QChannel
RFOutRFIn
0°
90°
正交幅度调制QAM
QAM称振幅相位调制APSK采相位（正交）幅度调制结合
调制状态代表410bit（16QAM~1024QAM）容易受干
扰适合信道较传输环境
般应线局域网WLAN 80211数字电视线传输DVBC62
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正交频分复OFDM
f
OFDMorthogonal frequency division multiplexing
10 01 11 11 10 10 10
应WLAN 80211agWimax数字电视面广播DVBT
OFDM优点：
1高速数流通串转换子载波数符号持续长度相
增加效减线信道时间弥散带ISI减接收机部
均衡复杂度
2窄带干扰影响部分子载波OFDM某种程度抵抗种窄带干扰
3方便调整子信道数量实现行链路中传输速率实
现称传输
4传统频分路传输方法中频带分干相交子频带传输行
数流接收端组滤波器分离子信道种方法简单
需留保护频带滤波器实现困难OFDM子载波
间存正交性允许子信道频谱互相重叠节约频谱资源
5克服线传输频率选择性衰落
缺点：
1容易受频率偏差影响频率偏差会载波＝正交性破坏
2存较峰值均功率63
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OFDM频谱64
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EVMError vector magnitude
矢量幅度误差
I
Q
理想基准信号
实际测试信号
误差矢量
相位误差
幅度误差
EVM数字通信领域重指标7方面影响
1 I Q 支路增益衡设增益差单位dB
2 正交调制器中振移相精确误差弧度
3 载波泄露dBc 表示数值等信号均功率泄露载波功率

4 振相位噪声影响机程(t)表示振相位噪声
5 通道滤波器幅频特性理想般中频声表影响较
6 通道滤波器相频特性理想般中频声表影响较
7 通道非线性失真般功放非线性较严重
总EVM述七项方开方般独立误差处理方法65
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眼图Eye
图分16QAMPi4 QPSKQPSK眼图
16QAM信号IQ分4种
QPSK信号IQ分2种0707幅度0707幅度
Pi4 QPSK相位090180270时I0正幅度负
幅度相位45135225315时I0707幅度0707
幅度符号抽样时刻时两种幅度时3种幅度理
Q信号66
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速率
1特率Bit rate（称码率数带宽）Rs描述通信中秒传送
数代码特数单位bps
2符号率Symbol rate（称波特率Baud rate 调制速率）Rb
单位时间传输调制符号数 单位sps
M进制调制中特率Rb波特率Rs间关系 RbRslog2M
3码片速率Chip rate符号扩频速率单位sps
Bps：Bit per second
Sps：symbol per second
Cps：chip per second
QPSK调制 Rb2*Rs
64QAM调制Rb6*Rs
CDMA码片速率12288McpsWCDMA码片速率384McpsTD
SCDMA码片速率128Mcps67
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TBit TBit
t
TBit TBit
t
TBit TBit
t
S1(t)
S2(t) S1(t)卷积 h(t)h(t) H(f)
Ideal Lowpass
BN ½ fBit
Gaussian
B ∗ TBit 03
B 3dB bandwidth
TBit fBit
1
BN
½ fBit
½ fBit
f
H(f)
1
07
05
f
H(f)
1
05
f
H(f)
1
cos2 Roll off
r 05


03
基带滤波器类型
理想低通滤波器实现起时域振幅降速度慢邻
符号采样时刻响应值0会产生符号间干扰
升余弦滤波器实现起较方便时域振幅降速度快邻符号采
样时刻响应值0会产生符号间干扰
高斯滤波器实现简单时域振幅降速度快邻符号采样时
刻响应值0会产生符号间干扰
已调信号传输时符号率（SR）传输带宽（BW）关系：BWSR（
1+α）α滤波器滚降系数取值0时频带利率高占
带宽波形拖尾振荡起伏(图515b)容易造成码间干扰
取值1时带外特性呈坦特性占带宽0时两倍
见提高频带利率拖尾收敛相互矛盾取值般
015例数字电视系统α016时模拟频道带宽8M
符号率8（1+016）6896Mss果采64QAM调制方式
特率6896*log2 646896*641376Mbps 68
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频谱分析仪原理69
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信 号
频域
频谱分析仪示 波 器
时域 调制域
矢量分析仪
信号波形信息
幅度
周期
频率
信号频率分布信息
频率功率
谐杂波
噪声干扰
失真
信号矢量信息
幅度误差
矢量误差
相位误差
信号分析频谱分析概述
频谱分析仪频域分析信号特征手段
示波器时域分析信号特征手段70
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理想单载波信号时域频域测量结果
时域观测 频域观测71
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频域测量信号分析作
时域信号波形信息测量混合信号
频域信号频域分布信息
果存干扰失真信号时域法区分信号信号
频域准确测量信号信号种参数72
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周期信号频谱
根傅立叶理时域中周期性信号表达频率振
幅正弦余弦信号
图中表示傅立叶级数似表示矩形信号
部分数量越信号越接理想矩形脉
( ) ( ) ( )å å
¥

¥

××+×××+
1 1
00
0 cossin2 n n
n twntwnAAtx
( )
( ) ( )
( ) ( )attwntxTB
attwntxTA
attxTA
T
N
T
n
T
×××
×××

ò
ò
ò
00
0
00
0
0
0
0
cos2
sin2
2
0
0
073
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模拟调制信号：AMFMPM调制指数调制频
率等
图中示单音调幅信号时域频域测量结果74
© Rohde & Schwarz 中国培训中心 –RF基础测量 ©2005 付国映 74
数字调制信号：信道功率相邻信道功率占带宽
等
图中QPSK信号时域频域测试结果75
© Rohde & Schwarz 中国培训中心 –RF基础测量 ©2005 付国映 75
噪声信号：噪声功率相位噪声
图中带限噪声信号时域频域测试结果76
© Rohde & Schwarz 中国培训中心 –RF基础测量 ©2005 付国映 76
失真信号：谐波失真非谐波失真杂散77
© Rohde & Schwarz 中国培训中心 –RF基础测量 ©2005 付国映 77
1傅立叶分析仪
RAM FFTA
D
A
D
RAM FFT
述信号频谱时域特性决定时域频域助傅立
叶变换相互转换计算出时域信号频谱
精确计算输入信号频谱需限期观察外时域中
点信号振幅知道种计算结果连续频谱频率
分辨度限明显精确计算实际中
根香农采样定律采样频率fs必须少高输入信号带宽两倍
实际分析信号通模数转换器采样变成离散信号采样值
保存存储器中离散傅立叶变换计算计算出信号频谱78
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类型分析仪相复傅立叶变换中相位信息丢失
FFT分析仪根幅度相位决定复数频谱果运算速度足够
甚进行实时分析
FFT分析仪适合脉信号分析
AD转换器限制带宽FFT分析仪仅适合测量低频信号79
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2外差式扫描分析仪
显示微波毫米波范围高频信号频谱带频率转换器
分析仪种情况输入信号频谱时间特性中计算
频域分析直接决定样分析必须输入频谱
分成独立部分调带通滤波器目
滤波器带宽应分析仪分辨率带宽（RBW）分辨率带宽越分
析仪频谱分辨率越高80
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InputInput
RF
Lo
IF
超外差式扫描调谐分析仪
外差式扫描接收机通混频器振荡器（LO）输入信号转换
中频果振频率调改变LO频率整输入频率范
围转换固定中频然固定中心频率中频滤波器
分析仪分辨率
转换信号进入中频滤波器前放该滤波器决定分辨率带宽
中频滤波器固定中频调滤波器相关难题
避免
允许宽电范围信号时屏幕显示中频信号数放
器压缩然进行包络检波信号称视频信号该信号称
做视频滤波器调低通滤波器均化受噪声影响
滑显示视频信号阴级射线垂直偏移作频率
函数显示锯齿信号电子束水偏转调节振中频
振频率已知输入信号频谱清楚显示
现代频谱分析仪快速数字信号处理输入信号通AD转换器
合适点采样数字信号处理器进行进步处理着数字
信号处理快速发展采样模块信号路径中位置进步前移前
视频信号模拟包络检波器视频滤波器采样现代频谱分析仪
常末级低中频进行数字化中频信号包络采样确定
样前外差接收机通模拟锯齿波信号调谐第级振
LO助锁相环（PLL）锁定参考频率通改变间隔子
调节PLL技术处获模拟调谐更高频率精度
液晶显示代阴极射级设计更紧凑81
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2频谱分析仪工作原理
超外差式扫描调谐接收机
a (t) H
f
fLO
检波器
延迟
RF IF
参考振荡器
低通
滤波器
衰减器
混频器
中频
放器
视频滤波器
VBW
中频滤波器
RBW 数
放器
压控
振荡器
锯齿波
发生器
显示
节频谱分析仪独立部件工作原理相互间作作详
细说明82
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镜影响
图表示低中频调谐接收机输入频率镜频率范围关系
果输入频率范围2fIF两频率范围会重叠输入滤波
器求：影响信号情况应调谐带通滤波器
抑制镜频率83
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镜抑制
较宽调谐范围（倍频程）滤波器变极复杂采高
第级中频问题简化
种配置镜频率位输入频率范围两频率范围
会重叠镜频率通简单低通滤波器抑制掉关系：
fIF fLO fin
镜频率响应：
fIF fim fLO84
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衰减器
Lo
IFRF
测试高电信号时通设置步进衰减器调节进入混频器电
般步进10dB频谱仪提供5dB1dB步进衰减器
较动态范围85
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避免载甚破坏续电路信号必须衰减衰减量取决第
混频器续电路动态范围输入信号电混频器1dB压缩
点非线性混频器前电较高时会产生许产物电
太高会干扰正常测试结果互调范围减
果衰减器太混频器输入电低输入信号信噪降
动态范围会底噪高减86
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混频器
InputInput
RF
Lo
IF
fin
flo
fin flo
Flo + FinFlo Fin
频谱仪限频率取决振调谐范围
基波混频：
输入信号通振基波混频覆盖更高频率范围必进
行倍频混频器前加法器
谐波混频：
混频器非线性会振信号产生谐波谐波进行混频
基波混频获插入损耗低噪声系数种
方法求振信号做复杂处理法器外求滤波器作
法运算谐波抑制作需足够高振电放器必
须宽带放器应高频输入部分输入频率范围
谐波混频然容易实现会造成相高转换损耗求加
混频器振电高低频段值足够高振电
混频器非线性高次谐波混频转换损耗谐波阶次升高
升高关系Δam20·logm
Δam相基波混频时转换损耗增量
m：转换谐波阶次
两方案实际中根频谱仪价格档次定87
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振扫描程
SPAN
输入信号
图说明单载波信号输入频谱仪理频谱仪
显示根谱线实际样样RBW滤波器
形状88
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扫描时间 vs RBW
SPAN
输入信号
SPAN
图显示分辨率带宽扫描时间RBW越扫描
时间越短RBW越扫描时间越长89
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中频滤波器(RBW)
显示
锯齿波发生器
包络检波器
振荡器
模拟滤波器
数放器
放器
视频滤波器
x
y
输入
混频器
中频放器
检波器
数字滤波器
FFT 滤波器
模拟滤波器实现分辨率带宽频谱分析仪带宽
100kHz～10MHz理想高斯滤波器模拟滤波器实现20dB
带宽实现似样瞬态响应高斯滤波器相选择
性赖滤波电路阶数般频谱仪4级滤波电路5级滤波电路
产品样分1410形状系数然理想高斯滤波器
形状系数46 90
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中频滤波器数字滤波器
IF 204 MHz A
D
32 MHz
I
Q
12 bit
Lowpass filter
Lowpass filter
filter coefficients
filter coefficients
I + Q2 2 IF envelope voltage
90°
LO
LO
IF
IF
I mixer
Q mixer
NCO
Anti aliasing
bandpass
特点
真正高斯形状
波形子46
扫描时间
k 1 通补偿达
优点
波形子 > 更高灵敏度
快速扫描
更高带宽精度
测量更高电精度
噪声类噪声信号
没温度老化漂移
通数字滤波器获窄带宽模拟滤波器相理想高斯
滤波器实现数字滤波器接受价格更选择性5
级电路模拟滤波器形状系数10高斯滤波器46外数字滤波
器更温度稳定性需调整带宽更精确
数字滤波器瞬态响应已确定合适修正系数数字滤
波器获模拟滤波器相带宽情况更短扫描时间
10Hz～30kHz分辨率带宽通数字滤波器实现91
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中频滤波器 FFT 滤波器
Display
FFTRAM
A
D
x(t)
频率范围受限AD变换器带宽
快速信号处理求合理更新率
窄分辨带宽减少扫描时间
非常窄分辨率带宽会造成法容忍长扫描时间非常高分
辨率情况建议时域特性计算频谱FFT分析非常高频信号
通AD直接取样须振混频变中频时域带通信
号取样（见图414）避免混叠需模拟预滤波器92
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视频滤波器(vbw)
视频滤波器
(滑)
显示
输入
锯齿波发生器
包络检波器
混频器
中频放器
振荡器
中频滤波器
数放器
视频滤波器
x
y
检波器
视频滤波器包络检波器视频滤波器决定视频带宽视频滤波
器第级低通配置视频信号中滤噪声滑轨迹
显示结果稳定里述频谱仪视频滤波器数字式视频
信号检波器输出处通AD变换器取样量化分辨率带宽类似
视频带宽会限制允许扫描速度达扫描时间需
增视频带宽
足够信噪情况测量正弦信号常选择VBWRBW相等
低SN情况通减VBW稳定显示弱信号会频谱
中突现出稳定现测量正弦信号时减VBW电
影响93
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检波器

峰值

峰值
效值
均值
线性
数
微
处理器 显示
视
频
信
号
检波器选择
线性检波器
数检波器
线性数查找表：
效值均值检波器
采样
水轴 500
素点
å

×
N
i
iAV uNU
1
1 å

×
N
i
iRMS uNU
1
21
均值检波器 效值检波器94
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检波器显示屏数处理
l 峰值检波器
分配素点取样点中取高电点显示出
峰值检波器
取样点中选值显示素点
l 动峰值检波
时显示峰值两点间垂线相连
l 取样检波
中频信号包络取样值显示
l RMS检波器（均方根）
RMS检波器中计算分配素点取样值结果素点应
频宽信号功率RMS计算时包络取样值求采线性刻度
式计算：
均值检波
计算素点应取样值线性均
准峰值检波
种干扰测量应定义充放电时间峰值检波器充放电
时间CISPR161[44]中规定
( )1141
1
2 × å

N
i
iRMS VNV
( )1341
1
× å

N
i
iAV VNV95
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振荡器
显示
输入
锯齿波发生器
包络检波器
混频器
中频放器
振荡器
中频滤波器
数放器
视频滤波器
x
y
检波器
宽调范围低相位噪声YIG振荡器常作振项技
术磁场调谐
频谱仪采压控振荡器作振调整范围较较YIG调整
起更快
增加频谱仪频率精度振信号合成信号说
振锁相环锁定参考信号模拟频谱仪相振连续调节
分步长调整步长赖分辨率带宽分辨率
带宽需调整步进
参考信号通常温控晶振（tcxo）产生增加频率精度长期
稳定性数频谱仪说广泛采恒温控制晶振频谱
仪面板接头10MHz参考步信号应外参考
时基步频谱仪96
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3频谱分析仪特性
滤波器特性
相位噪声（频谱纯度）
接收机固噪声
系统非线性
1dB压缩点
动态范围
测量精度97
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分辨滤波器特性
中频滤波器界定已变换中频输入信号显示频率轴确定位置
应部分高裙边选择性产生选择特性需矩形滤波器频
谱分析言种矩形滤波器瞬态响应合适样滤波器较长
瞬态响应时间输入信号频谱应通十分缓慢振调谐变中频避免幅
度误差优化瞬态响应高斯滤波器获相短测试时间
限裙边选择性高斯滤波器必须定义带宽频谱分析中通常定义3dB带
宽
滤波器裙边选择性波形系数定义：
SF603B60dB B3dB
里B3dB3dB带宽
B60dB60dB带宽98
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分辨带宽滤波器测试结果影响
1kHz分辨率带宽
SF46时（应蓝色踪迹）测出弱信号
SF95时（应红色踪迹）分辨出弱信号99
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分辨相邻信号
红色踪迹：
RBW30 kHz
蓝色踪迹：
RBW 3 kHz
红色踪迹：
RBW30 kHz
蓝色踪迹：
RBW 3 kHz
频谱仪频谱分辨率决定分辨率带宽中频滤波器带宽
取样峰值检波器频谱分辨率指显示中通3dB衰减分辨两
等幅信号频率偏移左图示红线应30kHz分辨率带宽
减带宽蓝线应3kHz分辨率带宽两信号明显分开
果相邻信号电明显电信号分辨率设置会显
露出（见右图红色踪迹）通减带宽弱信号显露出
（见右图蓝色踪迹）100
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扫描时间
2RBW
SpankTSweep ·@
TSweep 扫描时间
Span 频率扫描跨度
RBW 分辨带宽 (3 dB 带宽)
k k 子 25 模拟滤波器
采窄带滤波器实现高分辨率需更长扫描时间
例系数K取决滤波器类型允许瞬态响应误差45
单独电路组成模拟滤波器例系数K25（瞬态响应误差
概015dB）数字高斯滤波器瞬态响应知够精确现模
拟滤波器相通信号类型关合适修正系数获更高
扫描速度101
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扫描时间频率电测量误差影响
蓝色踪迹：
电频率产生误差
测试结果未校准
果达扫描时间会幅度频率显示时出现误差
避免扫描时间足造成误差现代频谱仪正常工作模
RBWVBW扫描时间通常情况连动102
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相位噪声
相位噪声引起倒易混频效应
相位噪声振荡器短时间稳定度度量参数
相位噪声通常单载波幅度参考偏移定频率单边带相位噪
声数值指1Hz带宽相噪声电单位dBc(1Hz)dBcHzc
指载波相位噪声电载波电低定义负值
相位噪声影响频谱仪分辨率动态范围103
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频谱分析仪固噪声
dBRFdBHz
RBWdBDANLL ATT
Noise
HzDANL 52)lg10(1010 +·+
LDANL 均显示噪声电
DANL 规定均噪声电 (R&S 数表 RBW10 Hz RFATT 0 dB)
RBWNoise RBW滤波器等效噪声带宽
RFAtt RF 衰减器
25 dB 修正子 (数定标均)
滤波器类型 4极点滤波器
（模拟）
5极点滤波器
（模拟）
理想高斯滤波器
(数字)
6 dB 带宽 1480 * B3dB 1464 * B3dB 1415 * B3dB
等效噪声带宽 1129 * B3dB 1114 * B3dB 1065 * B3dB
滤波器6 dB带宽等效噪声带宽 3 dB带宽关系
固噪声理解频谱分析仪热噪声固噪声会导致输入信号信
噪恶化固噪声频谱仪灵敏度度量指标决定频谱
仪检测电
指标中显示噪声均电(DANL)必须应相应分辨率带宽衰减
器设置典型情况设置衰减器0dB分辨率带宽
稳定显示噪声电通窄视频带宽踪迹进行适均
104
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显示噪声底赖RF衰减器
频谱分析仪显示噪声电赖衰减器设置增加10dB衰减量
显示噪声电提高10dB105
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显示噪声底赖RBW带宽
A10↔lg(RBWnewRBWold)
热噪声频谱功率密度噪声带宽连续显示均噪声
电选取IF滤波器带宽关通计算
dBNFW
BTkL SA
IFN
DAN 52101log10 3
+÷÷
ø
ö
çç
è
æ
×
××× 106
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1dB 压缩点
1dB压缩点定义：器件饱区影响增益降低1dB点
1dB压缩点指输入电输出电频谱仪说输入电1dB压缩点107
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动态范围
动态范围频谱分析仪时处理电信号力动态范围限值
赖实际进行测量动态范围限然噪声相位噪声决
定动态范围限1dB压缩点频谱仪载造成失真决
定动态范围方式定义常说显示范围概
念样
动态范围指标中提电显示范围概念显示范围指
均噪声电输入电频谱仪显示输入电
信号常常RF衰减器设置>0dB样频谱仪显示噪声
值
动态范围通常分辨率带宽情况显示噪声做限
1dB压缩点作限果达第级混频器输入电高出1dB压缩
点产生混频器非线性失真较RBW时失真产物
会明显显示出（会噪声淹没）时频谱测量明
确反映测设备真实频谱108
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互调范围谐波抑制
混频器电选取应该找合适折衷果衰减器混
频器电降低频谱仪产生失真信号互调产物微弱
时输入信号言信噪降低种情况动态范围限
固噪底决定方面混频器电果高失真
互调产物超然噪底频谱仪清晰分辨出（图431）实际
测量中失真显示频谱范围重取决互调产物高
次谐波失真限制范围称范围互调范围者谐
波抑制两者混频器电选择RBW决定果互调产物者
高次谐波电噪声电相等时达相应值109
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频率测量精度
光标读数：
±(频率读数X参考频率误差+05X频率跨度+10X分辨带宽+显示位X12)
计数器读数
±(频率读数X参考频率误差+显示位X12)
现代频谱仪振通锁相环步稳定参考振荡器
频谱分析仪频率精度参考源精度受参考源温
度长期稳定度影响
参考源（般10MHz）通常采温度补偿晶体振荡器（TCXO）
箱控晶体振荡器（OCXO）产生参考频率受环境温度操作期间
老化影响110
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幅度测量精度
误差源：
u 频率响应
u 衰减器误差
u 中频增益误差
u 线性误差
u 带宽切换误差
u 失配误差111
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信号源频谱仪应112
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容
1相位噪声测试
2噪声系数测试
3AMFM信号产生分析
4GSM信号产生分析
5WCDMA信号产生分析
6意波形产生
7频率测试
8三阶互调产物辨
9接收机测试
10发射机测试113
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相位噪声
1相位噪声偏离载波固定位置处fn单位带宽
1Hz噪声功率Pn信号总功率Ps值
2相位噪声反映单载波信号频谱纯度
3单位dBcHz@ fn offsetc指carrier
相位噪声般测量载波右边部分
相位噪声计算例示
果载波功率10dBm偏离载波5kHz方通频谱仪测量功率
50dBm测量带宽（RBW）10kHz
该点相位噪声：
501010lg(10*1000)100dBc
100dBcHz@5kHz114
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相位噪声软件FSK40
标准频谱仪次测量点相位噪声
FSK40测量偏离载波意点相位噪声显示图片
图115
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噪声系数测量
般定义：
系统网络噪声系数F定义：系统网络输入端口信噪输出
端口信噪
oo
ii
NS
NSF

120
100
80
60
40
fo 频率
120
100
80
60
40
fo
输
入
功
率
电

(
d
B
m
)
频率
输
入
功
率
电

(
d
B
m
) Si Ni So No
DUT
例放器
Na
G
Si Ni So No
Na 系统部噪声
G 系统增益
•里F噪声子始终1
•噪声系数NF10Log（F）恒定0
•源器件噪声系数等源器件插损116
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28 V DC onoff
噪声源
测件117
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kT0 400 x 1021 WHz 174dBmHz
Na 系统部噪声
B 系统噪声带宽
G 系统增益
T0 噪声参考温度 (定义290K )
噪声系数F全部输出噪声功率 (Na + kT0BG)输出噪声部分功率(kT0BG)
部分功率kT0BG输入噪声(kT0B)引起
输入源温度290K条件
IEEE 标准定义
BGkT
BGkTN
GN
GNN
GNNGS
NS
NS
NSF a
i
ia
iai
ii
oo
ii
0
0
)(


+++
120
100
80
60
40
fo 频率
120
100
80
60
40
fo
输
入
功
率
电

(
d
B
m
)
频率
DUT
例放器
输
入
功
率
电

(
d
B
m
)
N a
Si Ni S0 N0
kT0B kT0BG + N aG
噪声系数118
© Rohde & Schwarz 中国培训中心 –RF基础测量 ©2005 付国映 118
效噪声温度Te源电阻产生附加温度噪声DUT会产生
样噪声功率谱密度
0
1 T
TF e+
实际DUT
50 Ohm
T0 290 K
NaG a N1 kT 0BG a+N a
噪声DUT
50 Ohm
T (T0+Te) K
N1 k(T 0+T e)BG a kT 0BG a + kT eBG aGa
Na
Te 噪声温度
噪声温度119
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利频谱分析仪噪声系数仪测量噪声系数基等式
B G 1 Na1
R 输入噪声
k T0 B
kT 0B kT 0BG 1
kT 0BG 1G2
Na1
Na1G2
Na2
B G2 N a2
第二级系统
附加
全部
噪声
输出
全部
噪声
功率
输入噪声功率 x 系统增益
第级系统
DUT
噪声测量系统
F1 F2
F12 F 1 + ((F 2 1)G 1)
F1 F 12 ((F 2 1)G 1)
T1 T 12 T 2G 1
(第二级系统噪声贡献)
第二级校准测量系统部噪声
系数作计算DUT噪声系数
修正子
系统级连噪声系数120
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Calibration cycle Measurement cycle
噪声源输出噪声电进行校准超噪(ENR)表示
ENR 校准信息噪声源提供T0 290 K条件效
])[(log10 010 TTTENR OFF
S
ON
SdB
• Y系数法测量噪声系数通常分两步： 校准 测量
TS
OFF 噪声源物理温度 (通常定义 290 K)
TS
ON 噪声源ON状态时噪声温度
校准 测量
Y系数法121
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)(log10
0
10 T
TTENR
OFF
S
ON
S
ON 噪声二极工作
OFF 噪声二极工作
N2
ON 测量噪声功率 (噪声二极处ON状态)
N2
OFF 测量噪声功率 (噪声二极处OFF状态)
Y2 校准期间Y系数
T2 噪声测试系统噪声温度
TS
OFF 噪声源物理温度
TS
ON 通噪声源ENR值计算
)1(
)(
2
2
2
Y
TYTT
OFF
S
ON
S
校准周期结束仪器存储N2
ON N2
OFF T2计算值
校准步骤
2
2
2
2
2
2
2 TT
TT
T
T
N
NY OFF
S
ON
S
OFF
ON
OFF
ON
+
+ 中：
噪声源
噪声
测量
系统
ENR(T S
ONT S
OFF )T 0
28V
ONOFF
T 2
Y系数法122
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第二级校准必作单独校准步骤校准程中测定仪器身噪声温度
校准值需测试步骤中修正测定噪声温度
项技术进行非常精确测量
DUT起测试
12
12
12
12
12
12
12 TT
TT
T
T
N
NY OFF
S
ON
S
OFF
ON
OFF
ON
+
+
)1(
)(
12
12
12
Y
TYTT
OFF
S
ON
S
)(
)(
22
1212
1 OFFON
OFFON
NN
NNG
12121 GTTT
噪声源
噪声
测量
系统
ENR(T S
ONT S
OFF )T 0
28V
ONOFF
T12
DUT
T1
T2
Y系数法123
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AM信号产生
信号源里面需设置：
1调制源：部外部
2调幅深度：0～100％
3调制信号频率
射频信号激活124
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AM信号频谱
图示调制信号1kHz调幅深度分30％50％80％100％
AM信号
AM信号包含边带信号存边带载波
边带信号载波间隔调制信号频率
着调幅深度增加边带信号逐渐增加载波信号差异越越
见100％调制深度时载波信号然浪费量125
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FM信号产生
信号源里面需设置：
1调制源：部外部
2调频频率偏移
3调制信号频率
射频信号激活126
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FM频谱
图调制信号频率1kHz频偏5kHzFM信号频谱
FM信号占频带宽127
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AMFM分析软件FSK7
测信号：
300MHz载波
功率－20dBm
20kHz调制信号
010101数FSK调制
80kHz频偏128
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GSM信号产生
信号源产生GSM信号实时产生129
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GSM信号：载波功率130
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GSM信号分析：频率相位误差131
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GSM信号：功率vs时间
发射机规定时隙中发射量泄漏相邻时隙
图标准突发时间功率图该标准突发测量
点：
• 功率否达标准
• 该突发长度否合格长会脉发送突
短会丢失信息
• 该突发起点时间否网络步
• 检查相应数帧结构否正确
•26特训练序列码否中间
•TSC前否57特信息位否3特零开
始等
时间功率图先检察前三指标然进行IQ解调
出码序列进行132
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GSM信号：频谱分析
GSM发射机占分配频段功率泄漏相邻频段
调制频谱测量（Spectrum due to modulation）
瞬态频谱测量开关频谱（Spectrum due to switching）
Spectrum due to modulation Spectrum due to switching
频域角度信道信号影响相邻信道GSM采
GMSK调制方式效抑制带外功率泄漏
手机者基站开关闭发射功率时产生瞬态频谱发射
数时产生GMSK调制频谱样必分开进
行测试
GSM测试规范求定测试带宽（30K100K300KHz）情
况载波频率偏离定频率时（ 100KHz200KHz 400KHz
等）功率衰减应规定值133
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GSM信号：频谱分析
Amplitude
Frequency
Time
(Time Slot)
Time slot 0
Time slot 1
Time slot 2
Time slot 3
Time slot 4
Time slot 5
Time slot 6
Time slot 7
ARFCN … 5 6 7 8 9 10 134
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GSM信号：频谱分析
Spectrum due to switching
Spectrum due to modulation 135
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GSM信号：时域分析
频谱仪SPAN＝0振停止扫描进行时域分析136
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WCDMA信号产生
果产生行WCDMA信号需设置基带部分
1设置Link Direction
2测试模式
3基带激活137
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WCDMA信号频谱信道功率
WCDMA信号频谱信道功率
WCDMA信号调制速率384Mbps带宽5MHz信道功率采积分带
宽法计算138
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信道功率测量方法：积分带宽法
CP 信道功率 dBm
CHBW 信道带宽 kHz
RBW 测量分辨带宽 kHz
kn RBW 等效噪声带宽修正子
N 信道素点数
Pi 踪迹i素点电值 dBm
ai(RRC) I素点3GPP RRC滤波器衰减值 dB139
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WCDMA信号邻道功率泄漏ACLR
邻信道泄漏 (Adjacent Channel Leakage RatioACLR)
WCDMA信号产生峰值子（crest factor）（> 10 dB）避免
信号峰值进入放器非线性区产生邻信道泄漏提高放器预留
空间样会降低放器效率
ACLRWCDMA发射机线性重测量
WCDMA基站ACLR测试Test Model 1
ACLR定义：信道功率偏移中心频率5MHz（相邻信道）10MHz（相
隔信道）功率值信道功率邻信道功率3GPP接收滤波器（RRC
根升余弦滤波器α 022fchip 384 Mcps）
规范指出应该RMS电压测量均功率测量方法基站应该发射功
率140
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WCDMA信号占带宽
占带宽（Occupied Bandwidth）
占带宽测量发射功率中定例（通常99％）占带
宽
计算占带宽办法通常先信道功率计算相积分计算
法计算定带宽（该带宽占带宽）总功率然
该带宽两边中心进行功率积分计算直两边积分功率
达总功率1％剩余中间部分必99％相应带宽
占带宽
WCDMA基站基384Mcps码片率占带宽应该5MHz
141
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WCDMA信号频谱发射模板
频谱发射模板：Spectrum Emission Mask
定义测信号中心频率中心跨距25MHz模板离载波
方30KHz测量带宽远方1MHz测量带宽 基站
TS25141 规定Test model 1进行该测量允许测试极限值基站功率相
关
绝部分频谱仪4极5极分辨率带宽（RBW）滤波器1MHz
RBW滤波器测试4MHz偏移频率时滤波器选择性会载波
端（偏移35MHz）功率泄漏进测量信号身泄漏更
滤波器特性导致泄漏TS25141允许窄分辨率带宽滤
波器进行积分实现1MHz测量带宽谓积分带宽（Integrated
BandwidthIBW）提供1MHz带宽真实均功率142
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WCDMA信号CCDF
互补累积分布函数Complementary Cumulative Distribution Function
CCDF
WCDMA信号类似噪声信号统计功研发查找障较
确定放器预留空间者研究基带Clipping效应
图显示具64码道Test Mode 1 信号没基带Clipping（黄色）
基带Clipping（蓝色）图Clipping信号Crest Fastor
（峰值子）没Clipping25dB左右143
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WCDMA信号码域分析
图显示码域测试特性
码域信息：
1码域总功率
2载波频率误差
3混合EVM衡量WCDMA信号质量重指标
4PCDE峰值码域误差：非激活信道总功率差值
5Trig to frame：导频时间误差
6IQ offset IQ 偏移载波馈通CFT换算关系CFT20log（IQ offset）
7IQ imbalance IQ衡度
8激活码道星座图码流144
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16QAM信号矢量分析
FSQ矢量分析功必须设置：
1中心频率
2调制方式
3调制速率
4基带滤波器145
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矢量图星座图眼图(QPSK)146
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VSA模式功Pattern
VSA功单独显示调制信号码流
果调制信号数源机数码流够稳定显示
果调制信号数源定规律性重复发送VSA通搜索固定
步字节实现稳定解调显示
例QPSK调制数1110011 1110011映射成QPSK3 2 1 1 3 0 2 3 2 1
1 3 0 2 ………
果定义Pattern3 2 1 1旦仪器搜索4数数完全稳
定显示147
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意波形发生器
波形输出存储器
DA变换
低通滤波器
SMU200A意波形发生器：
存储深度56 MSample数率100 MHz采样率400 MHz分辨率16 bit148
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意波形发生器
例利传统ARB产生1MHz正弦波信号
首先组波形采样值存储RAM中组采样值般计算
相邻两采样值间时间间隔Tsample 1 fsample fsample采样
速率该信号时域频域特性图a示见频域产生± fmod
n*fsample ± fmod(n12…)分量图中fmod1MHzfsample12MHz
频谱分量1MHz11MHz13MHz23MHz25MHz等等
DA变换器输出端口连续信号采样值必须采样周
期保持DA变换器输出组矩形序列幅度采样值决定宽
度采样周期频域会导致附加sinc子图b示
DA变换器输出信号送入低通滤波器减信号带宽抑制混叠产
物获期信号图c示149
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意波形发生器
计算波形数软件Winiqsim计算波形文件存储仪器RAM中
软件罗德施瓦茨英文网站免费载
通Winiqsim仪器产生信号非实时产生信号需
流程：
1Winiqsim需信号数计算出转换成仪器够识格式
2数传送仪器传送方式IEEE4882接口LAN者USB存储器
3仪器SMU200调出信号数文件重放出Winiqsim计算
样波形文件
修改信号特性必须重复述程
SMU200产生WCDMAGSM等信号实时信号参数修改仪器身
中完成马修改信号150
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意波形发生器
软件IQWizard
Winiqsim产生标准通信制式信号接受软件产生信号数
数直接传送仪器需进行格式转换
IQWizard软件计算信号进行格式转换够仪器识
Matlab文件
果Matlab数格式信号产生需进行程：
1Matlab数文件IQWizard转换传送Winiqsim软件
2Winiqsim转换成仪器够识格式文件*WV
3数文件传送仪器传送方式IEEE4882接口LAN者USB存储
器
4仪器SMU200调出信号数文件重放出Matlab计算样
波形文件151
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频率测量
测试方法：
1频率计
2频谱仪
3频谱仪计数器
频率计精度高限频率受限制定闸门时间
计算信号数1－1脉误差频率低信号
计算周期然折算成频率分辨单音信号
频谱仪分辨复杂信号限频率高测试精度
分辨率带宽关系
频谱仪计数器精度高RBW关限频率高
分辨复杂信号152
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输入电
输
出
电

A’(t) a0 + a1 * A(t) + a2 * A2(t) + a3 * A3(t) +
线性失真 非线性失真
系统非线性
Ue
UA
Working point
Linear area where small
signal theory can be used153
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|m×fLO ± n×fRF| fIF
fLO LO信号频率
fRF 加输入端口RF信号频率
fIF 中频
m LO信号谐波阶数 (m123)
n 输入RF信号谐波阶数 (n123)
混频器混频产物154
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3∆ 3∆
∆ ∆
2 x f1 f2 f1 f2 2 x f2 f1 frequency
三阶互调
Different concepts are used in order to describe the intermodual tion behaviour
The level of the intermodulation products strongly depends on the input levels
For intermodulation third order they increase three times as fast as the wanted
signals
A simple specification of their suppression is therefore not useful without the
knowledge of the input levels155
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截止点(SOITOI)
A level independent definition is given with the socalled intercept point
This is the (fictional) power level where wanted signal and intermodulation are
of the same level
TOI Pinput (dBm) D PIM2 (dB)
TOISOI时理计算值
系统输入两单音信号时会出现三阶交调信号三次谐波中三阶交调
信号般带法通滤波器滤系统影响着输入信
号增加增加输入增加1dB三阶成分增加3dB样势必会出现
信号次分量信号曲线会相交交点输入信号值成TOI输入信号值
反映系统产生非线性强弱总希三阶成分量交点
越偏离原点TOI156
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接收机非线性特性
频谱分析仪中含半导体器件例放器件混频器件存非
线性非线性似系列功率分量组合成传递函数泰勒级
数展开
许电子器件例混频器检波器呈现非线性响应场合
然频谱分析仪求失真显示测输入信号线性特性频谱分析
仪必须性参量
单正弦信号输入情况存非线性会产生次谐波
输入信号两幅度相等正弦信号情况产生谐波外时
互调产物互调产物阶数含频率次项
( ) ( ) ( ) ( )å
µ

+++××
1
3
3
2
21
n
ininin
n
innout tVatVatVatVaV 157
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三阶互调产物鉴
测量放器混频器等设备失真频谱分析仪典型应测量程
中高次谐波互调产物失真仅源测设备频谱仪尤
加第级混频器信号电太高时频谱仪部产生谐波互调产物叠
加测设备失真产物导致正确测量结果真实反映测
设备实际性
频谱仪线性混频器中频放器决定输入射频衰减器实际
线性没影响果射频衰减器改变混频器输入电频谱仪产生互
调产物电阶数变化DUT产生互调产物电保持变
调节置衰减器判断频谱仪显示互调产物源果增加RF衰减器
谐波互调产物相电保持变说明失真DUT测量结果
正确果谐波互调产物相电变化说明部分失真频谱仪
部测量结果正确
进行准确鉴必须改变频谱仪输入衰减
1果三阶交调产物幅度变交调完全测件产生
2果三阶交调产物分量正利衰减三倍变化交调成分全部频谱
仪产生测试结果完全信
3果三阶交调产物介两者间三阶交调产物部分源测件
外部分源仪器身
实际测试时应该够三阶交调产物基础接噪声
量增衰减仪器前端产生混频产物158
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接收机测试
接收机测试6类：
1灵敏度
2邻道选择性
3信道抑制
4交调抑制互调抑制
5杂散响应抑制
6阻塞特性
测试仪器间TOP图台仪器产生信号外两台仪
器产生CW干扰信号信号二合三合合路器然
加接收机端口受合路器隔离度限制需仪器输出增加
隔离器者滤波器防止信号源间互相交调需ALC
关闭159
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接收机测量／灵敏度(接收电)
接收机测量／接收电
模拟通信系统测试接收信噪性纳信号源般单音1kHz调制
接收端根接收1kHz解调信号标准信号较计算出相应信噪
性纳般规定12dB
数字通信系统测试接收BER（误特率）FER（帧删率）PER（误
包率）测试FERPER般通CRC判断接收帧包否出现误码
接收端需知道发射端真实发射数BER接收数发
射数逐较需准确知道发射端数BER测试需环
回较
灵敏度接收端规定信噪BERFERPER时信号
接收信号时接收机前端会出现饱导致接收质量降
接收机接收电灵敏度差值接收输入动态范围160
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接收机测量／邻道选择性ACS
邻道选择性指相邻信道存信号时接收机接收已调信号
力信号灵敏度相电表示测信号灵敏度
信号加3dB输出信纳必然加BER降低然
相邻信道加干扰信号逐渐加信号功率直接收信号
信纳BER回复原水时信号功率灵敏度差值
邻道选择性161
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接收机测量
信道抑制频抑制
信道抑制频道抑制指接收机抗频干扰力干扰信号
信号相电表示输入信号电灵敏度高3dB时该
频干扰存接收机输出信纳回12dBBERFERPER回原
标准时信号频干扰电抗频干扰指标
邻道选择性测试环境样需调整干扰信号（信号）频率

信道抑制称动态范围测试162
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接收机测量／交调抑制
测试接收机抑制RF信号交调产物性
信道邻存两频率信号时低噪声放混频
非线性作会产生频率组合成分产生交调接收机害
三阶交调
邻信道加相功率频率单音信号干扰信号（调制方式信
号相）三阶交调信号频率相邻道选择性测试
方法进行测试163
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接收机测量／阻塞特性
接收机阻塞指信号频率附定范围存未调制干
扰信号接收机输出恶化现象164
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发射机测量杂散
1信号外信号称杂散信号
2分带杂散带外杂散线电设备
干扰源必须严格限制
3频谱仪测量杂散时保持（maxhold）
f0f1 f2165
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功率测量166
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容
射频微波功率测量基础
功率传感器
测量确定性
该培训讲义分三部分
q讲述射频微波功率测量基础知识
q讲述三种功率传感器原理结构特点应范围
q介绍功率测量中确定性估计方法167
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功率测量方法
正弦波信号馈入源双端口器件吸收功率
(u i p 电压电流功率瞬时值 P 均功率)168
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功率参数定义
调制微波信号包络
电压场强
P(t) 瞬时功率
Pe (t) 包络功率
PEP 峰值包络功率
Pavg 均功率
信号功率测量项目中需测量参数：瞬时功率包络功率
包络峰值功率均功率
Pe(t) 等 P(t)周期积分
PEP峰值包络功率包络功率峰值包络功率计测量
采快速二极传感器169
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脉功率测量
脉功率 Pp
Pavg
Pp
___
( tp T )
脉信号言测量均功率通占空
求出脉信号功率170
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峰值子（峰均）
WCDMA
384 MHz 带
宽
Pavg
均功率
峰值功率
Crest factor
∪ 10 dB171
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CCDF(互补累积概率分布函数)
Time
幅
度
100e07
100e06
100e05
100e04
100e03
100e02
100e01
100e+00
+ 10 dB + 20 dB
概
率
均值功率
Ÿ 考虑均值值
Ÿ 均值峰值概率
Ÿ 高峰值出现次数较少
Crest factor 15 dB172
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功率测量仪器
功率计功率计
精确
宽带选择性
限动态范围 (90 dB)
频谱分析仪频谱分析仪
选择性
利信道功率测量
利相邻信道功率测量
高动态范围(160 dB测量范围)173
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功率传感器
热敏电阻传感器
热耦合传感器
二极传感器174
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功率传感器
通式功率传感器(适合NRT)
三端口部件串联DUT吸收负载间第三端口连
接功率计机传数字信息测量功率
吸收式功率传感器(NRP)
两端口部件直接连接DUT输出传感器输出功
率计机相连传数字信息测量功率175
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热耦传感器
Pi
Pr
Pth
Ploss
uout
热耦合传感器优点：
极低测量确定性
直接功率转化成热量 Þ 温度差 Þ 电压
测量均功率 信号波形调制关
线性度频率波形调制温度关
频率响应会超出100
工作低直流范围
热耦合传感器限制
测量范围30 50 dB
响应速度慢 检出包络信息没时间门功
叠加谱分量 (例谐波)
测量功率温度传感器灵敏度决定
测量功率测试装置外部环境温度变化影响决定
允许测量功率程度受热敏电阻材料影响176
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热耦合传感器结构
1 硅基片 6 金属导体
2 膜 7 高强度粘贴硅片
3 射频输入层 8 冷结
4 终端 9 绝缘层 (SiO2)
5 热耦合器 10 金属化接板
(热结) 11 Bump Input177
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二极传感器
Pi
Pr
uAC uout
uout
二极传感器优点：
远高热传感器灵敏度
测量调制信号峰值包络功率时缺
快速响应 (峰值检波)
动态范围电压正PN结转移特性
通二极实现入射功率交流电压转化
® 非线性检波
® 非线性低通滤波
二极传感器限制：
方律区域具热传感器相似功
频率响应超100
方率区域外测量受波形调制类型调制频率温度影响178
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路二极传感器
三二极叠加全波检波器
uout
uAC
变交叉电
功率
1
0
路径 A 路径 B
三通道设计 (90 dB 动态范围)
Power 1
Power 2
Power 3
功率
200 pW (67 dBm) to
200 mW (+23 dBm)
行信号处理
T
14
dB 19 to + 7 dBm
T
34
dB
67 to 13 dBm
+ 1 to + 23 dBm
Pi
例加权
功率Px 4 • Px
1
0
路径 A 路径 B
加
权
函
数
q 交叉点处具高信噪
q 电范围切换延迟
q 电范围切换滑
q 测量调制信号功率时具更高精度
q 测量具非常高峰值／均值信号179
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路二极传感器结构
Pi
T34 dB
T14 dB
A
D
A
D
A
D
+
外部触发源
Pm
67 to
13 dBm
19 to +7 dBm
+1 to +23 dBm
断路器
误差
补偿
加权180
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网络分析181
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容
1矢量网络分析仪基础
2误差分析校准技术
3嵌入嵌入技术
4矢量网络分析仪基应182
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网络分析仪分类
1标量网络分析仪：测量幅度信息支持相位测量
接收机采二极检波没选频特性动态范围
2矢量网络分析仪：测量幅度相位信息接收机采调谐接收具
选频特性够效抑制干扰杂散动态范围
矢量网络分析矢量矢量信号源中矢量前者指幅度相
位信息者指IQ调制
矢量网络分析网络计算机网络样者指数网关网桥
路器等设备前者指微波射频模块端口
频谱仪信号分析仪分析测设备输出未知信号
矢量网络分析仪分析测设备传输特性分析已知信号（
频率已知）测设备加激励信号然测量测设备输出
信号测设备传输特性
工程方便称呼般矢量网络分析仪简称矢网标量网络分析
仪简称标网183
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矢网测量功
线性参数测量
S参数
阻抗／驻波
增益／相移
非线性变频测量
压缩点／截止点
变频损耗
变频相位特性
衡器件测量
混合S参数
差模／模
激励响应特性
b`2
a1 b2
b1
a2b`
1
S21
S12
S11 S22
test fixture
DUTDUT
Power
S21
1dB IF LOLSB USB
矢量网络分析仪测量基础网络S参数测量
测量功分三部分
q 线性参数测量
S参数测量基础计算阻抗导纳群延时驻波等
常参数
q 非线性参数变频测量
网络非线性参数1dB压缩点二阶三阶截止点等进行
测量采必选件（ZVRB5）直接测整工作频段
1dB压缩点值
矢量网络分析仪混频器甚意变频进行测量例
变频谐波交调等种变频测量场合中矢量网络分析仪仅
变频损耗进行测量变频时相位特性进行测量
q 衡器件测量
端口矢量网络分析仪衡器件进行测量采模式分解方
法混合S参数评估衡器件特性184
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低频两端口网络
端口采电压电阻电流导纳表示
网络传输指标增益Gain表示
U1 U2
I1 I2 q输入阻抗RinU1I1
q输出阻抗RoutU2I2
q增益： U2U1
什RF微波网络特性采电流电压描述
原：
1RF微波网络特性阻抗50欧姆果测量电压定需款仪表联
测端口会影响端口匹配特性信号传输导致测设备工作
异常二测试设备特性阻抗测端口阻抗失配导致端口信号
测试真实反映情况
2测试电流仪表定需串联测端口中间会影响信号传输
端口匹配二实现起技术难度微带线传输185
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传输线阻抗
轴传输线特性阻抗 (ohms)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
10
08
07
06
05
09
15
14
13
12
11


化
50 ohm 标准
77 ohms 衰减
30 ohms 功率处理力
设置33欧姆时信号处理力设置77欧姆时信号衰减折中考
虑选择50欧姆186
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信号传输
RF
入射
反射
已传输
光波
DUT
网络基理：信号传输程中阻抗连续会发生反射低频
高频信号187
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散射矩阵参数：S参数
散射矩阵S参数完全反映高频器件反射传输特性
二端口例4S参数
输入反射系数：
输出反射系数：
前传输系数：
反传输系数：
散射矩阵参数S参数分定义描述端口发射特性端口
间传输特性
二端口器件例端口1输出信号b1端口1反射信号端口2
端口1传输信号端口2输出信号b2端口2反射信号端口1
端口2传输信号
根两等式出散射矩阵参数S定义
需注意S参数定义中激励源端口需
保证没信号输入
S参数表示S(接收端口)（发射端口）S211端口发射2端口接
收表示端口1端口2间正传输特性188
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常测量参数
反射系数： 驻波：
返波损耗： 阻抗：
传输系数： 增益损耗：
插入相移： 群延时：
0
0
ZZ
ZZ
V
V
L
L
incident
reflected
+
ÐG ϕρ
ρ
ρ

+ 1
1
min
max
V
Vs
log20 ρL Gρ
φςÐ
incident
edtransimitt
V
VT ςlog20 LossGain
inout φφφ D fD
D φ
πτ 2
1
jXRZ +
常线性参数S参数出
q 反射系数S11复数值
q 驻波反射系数模值计算实数取值区间（1+¥）
q 返波损耗反射系数模值取数0
q 端口阻抗反射系数直接计算出
q 传输系数S21复数值
q 增益损耗传输系数模值取数
q 插入相移传输系数相位
q 群延时插入相移频率微分189
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Smith(史密斯)圆图
×0
Smith圆图矢量网络分析仪中种重显示方式
显示复数阻抗时直角坐标系法显示复数阻抗穷情况
直角坐标系映射Smith圆图具体方法：
q 直角坐标系虚轴映射Smith圆图中半径1单位圆该圆代表
反射系数模值1
q 化阻抗1’位该圆中心时代表反射系数0
q Smith圆图圆代表恒定电阻（R）圆弧代表恒定电抗（X）
q Smith圆图左顶点代表短路右顶点代表开路
q Smith圆图半部分代表感抗半部分代表容抗
q Smith圆图中化阻抗1’圆心心圆代表恒反射系数模值
见Smith圆图显示网络端口阻抗特性
矢量网络分析中阻抗测量转化反射系数测量说
阻抗测量需复数电流电压测量转化两复数电压测量
简化测量程Smith圆图更清晰全面显示阻抗特性
190
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矢网工作原理结构
1
111 a
bS
1
221´ a
bS
2
222 a
bS
2
112 a
bS
矢量网络分析仪部测试信号源输出测试信号标准端口12端口
阻抗Z0然连接测件两阻抗Z0端口
测件输出端口电压正b2接收端口传输线匹配
反射电压存A20B2通测量接收端口复数电压获
测件输入端口电压正入射波a1发射波b1叠加部测
试信号源匹配次反射存
入射端口电压代表入射波代表反射波
确定反射传输S参数需首先输入端口a1b1分离191
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矢网结构框图
测试装置四路测试信号（a1a2b1b2）送入RF前端
低噪声放二次变频四路中频信号该部分四路信号公
振保证四通道幅度相位致性中频信号送入模数变换部
分输出数字中频信号送入测量控制单元进行信号处理
测件S参数测量参数显示LCD显示屏时前面板
键控制测量控制单元进行交互处理
矢量网络分析仪器部结构中三方面特点：
q 四通道接收机电路
允许矢量网络分析仪采更更简单更精确全双端口校准方
法TOMTRLTRMTNATOMX
外四通道接收机仪器前面板接入直接利四接收
机进行种测试
q 基波混频技术
采基波混频优点：
极扩仪器动态范围变频测量提供相便利
q 置计算机
进行操作：
数存储提供硬盘空间加载数分析仪器测量控制
程序进行实时分析动测量192
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矢网计算显示
目前矢量网络分析仪中均屏幕时显示四通道测量
参数程度方便户进行参数综合测量例调
试滤波器时需时观测端口反射特性端口间传输特性
外需注意屏幕显示四通道直接显示四
接收机通道参数显示区户定义显示参
数193
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矢网测试误差
stochastic
errors
measurement
errors
systematic
errors
测量误差
机误差 系统误差
矢量网络分析仪测试误差包括系统误差机误差
中系统误差包括
1隔离(串扰)
2方性
3源失配
4负载失配
5反射踪
6传输踪
机误差包括
1温度漂移
2时间漂移
3接收机噪声
4连接件重复性
系统误差恒定通校准消机误差减
完全消194
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单端口反射误差模型
r
T
SWR bridge
DUT
S
input port output portTD
test port
桥
输入端口 输出端口
测试端口195
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单端口反射误差模型196
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单端口校准
11
1
11
corr (OPEN)meas (OPEN)
1111
corr(SHORT)meas (SHORT)
1111
corr (MATCH)meas (MATCH)
1111
MeasureSusingOPEN S f(SDTS)
MeasureSusingSHORTS f(SDTS)
MeasureSusingMATCH S f(SDTS)
S参数 网络分析仪知晓保存
•通计算仿真
•通高精密仪器测量参数
Result
Ø 3 配件 3 变量 (D T S)
Ø 计算变量
Ø 反射系数计算
corr
xyS
单端口S参数测量存3误差参数DTS校准程
三误差参数
校准时连接开路器测试次开路器S11参数肯定史密斯
圆图开路定偏差
校准时连接短路器测试次短路器S11参数肯定史密斯
圆图短路定偏差
校准时连接匹配负载测试次匹配负载S11参数肯定史
密斯圆图匹配50欧姆定偏差
三校准件真实值存储矢网中（校准件盒子里面般张软盘
存储该校准件真实参数数矢网第次时需该
数拷贝仪器里面）通述步骤列出三表述校准件真实值实
际值方程
然求解出三误差参数DTS样完成校准
做测件测量时矢网首先该测件前测量
参数加矢网误差参数测件理想真实参数197
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传输误差模型
DUT
1 传输损耗
2反射 DUT 端口 1
5 交叉干扰
3 反射 DUT 端口 2
4 端口间次反射198
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两端口误差模型199
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两端口12项误差模型200
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常校准方法
直通校准normalization
Port1port2 直通连接
增强直通校准one path two port
Port1port2 直通连接
port1 开路
port1 短路
port1 负载
全双端口校准TOSM
Port1port2 直通连接
port1 开路 port2 开路
port1 短路 port2 短路
port1 负载 port2 负载
•全双端口校准具高精度
矢网测件端口失配做修正
测件进行正反测量
需两部分测试
•单双端口（增强直通校准）校准相精确
矢网输出端口测件输入端口失配做修正
测件进行前测量 (S11 S21)
需部分测试＝>全双端口校准快两倍
果矢网port 2 匹配非常全双端口校准精度致甚
更高
化
前 反 前 反 反射化
阶段衰减器测试端口匹配修正 (分开修正测试端口匹
配)
快速 (单) 精确度略差201
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校准技术TOSM
throughopenshortmatch
三通道前反
通道中误差项
12误差项
泄漏设常数
4校准件10已知参数
确定10误差项
缺点：
7校准步骤
需知道校准件参数
TOSM校准方法限制：
q 轴连接器Coaxial connectors commercial calkits
利TOSM校准
需四校准标准件七校准步骤
需校准件参数（OPEN电容电长度损耗等）
没信息做进步检查
q 测试夹具芯片
] 存问题：
需单独校准标准件
需校准件参数
] 解决办法：
减少需校准件数目
降低校准件参数求202
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动校准AutoKal（电子校准）
动校准称电子校准l20秒完成系统误差补偿

手动双端口校准具相精度
时动校准件需预热203
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嵌入(embed)技术204
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嵌(deembed)技术
网络分析仪
DUT1
P
o
r
t

1
P
o
r
t

2
D
U
T
D
U
T
网络分析仪
DUT1
P
O
R

T

1
参
考
面
w

o

校
准

者
非
嵌
入
参考面转移
非嵌入
(者做校准)
测试夹具响应
带状线 等等
P
O
R

T

2

参
考
面
w

o

校
准

者
非
嵌
入
D
U
T205
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嵌技术
理想网络分析仪
DUT
1＇ 1 2 2＇
误差修正 S参数测量
E1 E2EE1111 EE2211
E1° E1
1 1 E2° E2
1 1
修正数 修正数206
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应1：高动态范围器件滤波器
q扫描功率
q测量带宽
q均
提高仪器动态范围两方面：
1增加源功率
2降低接收机噪声：减测量带宽
果测量带宽太扫描时间非常长
均次扫描曲线测量值进行均运算新测量曲线
滑条曲线邻点做均
均滑选择10扫描点数201点第30点测量结果：
1均模式
110(第次测量第30点值＋第二次测量第30点值＋……+第10次测量第30点
值）
2滑
110(第25点值＋第26点值＋……+第35点值)207
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应2：分段扫描
坚固测量速度动态范围采分段扫描
1边带希动态范围增加功率减扫描带宽
2通带动态范围存问题减功率增扫描带宽测试时间
缩短
3渡带曲线变化剧烈分辨率太低（带宽2M显示
5点）增加测量点数208
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应3：提高反射测量准确性
测量1端口发射系数时2端口接衰减改善2端口匹配情况S11
测量更加准确209
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应5：嵌210
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应4：压缩点测试
压缩点测试应该采功率扫描方式完成端口1频率固定功率变化
测量S21压缩点
准确测量放器压缩点需放器输出端口连接适衰减器

放器处压缩状态时时输出功率定功率
端口2接收机压缩例10dBm输出功率时测量放器增益压缩1dB
时放器压缩07dB矢网接收机压缩03dB211
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测试仪器介绍212
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仪器安全准
1仪器电源三相接头仪器间接良
2仪器散热良
3仪器面放重物
4频繁开关仪器
5频谱仪矢网功率输入时慎重
6信号源时关闭输出
7防静电
仪器般具正常工作机两种模式机模式电源模块部分处
工作状态板没工作
仪器交流电源开关控制仪器电源电源
现仪器带操作系统关机时仪器处机模式退出操作
系统然切断交流电源开关213
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微波信号源SMR
R&SSMR款性价极高微波信号源特点：
频率范围广10MHz 20GHz 27GHz 30GHz 40GHz
50GHz 60GHz重量12公斤操作简单方便
高功率输出高达13dBm
输出电精度高
置变频器射频数字信号源配合产生微波毫米波段
数字调制信号214
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模拟信号源SML
SML频率范围较低三种型号SML01 SML02 SML03限频率分
够达11GHz 22GHz 33GHz低频率9kHz特点
：
1电子衰减器
(优势：机械衰减器相切换损耗寿命长速度快)
2低噪声信号源优秀SSB（单边带相位噪声）指标：保证值<
122dBcHz （f1GHz载波偏移20kHz）典型值<128dBcHz
3易操作功：Easy Wheel
4重量：<8公斤
5高度：88厘米
6低成：三年校准周期升级台设计概念效保护户投
资
7支持调制方式：调幅调频调相脉调制215
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双通道矢量信号源SMU200A
矢量信号源SMU200 款性极卓越矢量信号源仅两
独立信号源集成单元中拥伦射频基带特性
置衰落模拟AWGN噪声失真模拟满足现代通信系统
研发生产中遇需求
置两信号源
• 第源100KHz 22346GHz
• 第二源100KHz 223GHz
• 具两套完整基带通路
突出信号质量
• 高达200MHz射频带宽IQ调制器
• 极低SSB相位噪声典型值：135dBc（f 1 GHz偏移载波20 kHz 1
Hz 测量带宽）
• 宽带噪声典型值：−153 dBc （连续波 f 1 GHz偏移载波>5 MHz1
Hz 测量带宽）
• 极优异ACLR特性：3GPP FDD ACLR典型置：+70 dB
• 极高电重复性：005dB
伦灵活性
• 具备产生实时信号通编码器基带信号发生器
• 具针I路Q路56M采样采样4Marker特（256Mbyte）意
波发生器
非常直观操作
• 图形显示信号流（块图）直观户界面
• 功强线帮助
极适生产线216
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单通道矢量信号源SMJ100
R&SSMJ100基特性SMU200样SMU200简化版区
：
1SMJ100射频通道
2SMJ100没衰落功
3SMJ100输出功率13dBmSMU20019dBm（需选件）
4SMJ100相位噪声SMU200略低1GHz20kHz offset时SMU200SSB
135dBcSMJ133dBc217
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高档频谱分析仪FSU
FSU频谱仪R&S频谱分析仪中出色种拥极宽动态范围
极相位噪声特性极高精度置疑成频谱
分析方面新参考标准应设计研发品质理产品生
产方面
FSU涵盖3GHz8GHz265GHz46GHz50GHz
• 频率范围20Hz50GH
• 分辨率带宽：1Hz 50MHz调具备种信道滤波器
• 采基波混频射频指标特高频率时指标
• 显示均噪声电：158 dBmHz（前置放器）168dBmHz（
带前置放器）
• 1dB压缩点：+13dBm三阶互调截止点TOI典型值：+25dBm
• 单边带相位噪声：120dBcHz （10kHz频偏）160dBcHz （
10MHz频偏）
• 极高动态范围WCDMA ACLR：高达84dB
• 测试速度快WCDMA 码域功率测试ACLRSpectrum Emission
Mask测试速度极快
• 支持种移动通信技术：
GSMEDGEWCDMACDMACDMA2000TDSCDMAWLAN等218
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中档频谱分析仪FSP
FSP中档频谱仪系统集成R&S高端频谱仪FSIQ优良特性高集成
度前端全数字信号处理技术端R&S设计专ASIC等
创新技术产生款具高端特性高性高紧凑性中档频
谱仪
FSP涵盖3GHz7GHz136Hz30GHz40GHz
•频率范围20Hz40GHz
•总测量确定度：05dB
•显示均噪声电：155 dBmHz（前置放器）
•单边带相位噪声：113dBcHz （10kHz频偏）
•支持种移动通信技术：
GSMEDGEWCDMACDMACDMA2000TDSCDMAWLAN等219
© Rohde & Schwarz 中国培训中心 –RF基础测量 ©2005 付国映 219
中低档频谱分析仪FSL
R&SFSL中低端频谱仪两种信号FSL3FSL6特点：
1噪底灵敏度
< – 110 dBm (1kHz分辨带宽) < 140 dBm (1 Hz分辨带宽)
< 122 dBm (开预放1kHz分辨带宽) 152 dBm (1 Hz分辨带宽)
2互调指标
60 dBc (2 x 20 dBm 信号电)三阶截止点TOI +10 dBm典型值 15 dBm
31dB压缩点：5 dBm
4单边带SSB相位噪声 ：<98 dBcHz 典型值：– 103 dBcHz频偏10 kHz
5衰减器：电子衰减器磨损 0 30 dB5 dB步进
6工作环境
0 to 50 ° C50 ° C工作时置硬盘更换1GB闪存盘
7丰富信道功率CP邻道功率ACP载波ACP测量功
12 信道 2x3 邻道
预设置功
效值RMS检波器条踪迹 32001 点保证准确测量
8功率探头进行测量 (选件 FSLK9)
功率计准确度进行功率测量
支持功率探头：NRPZ11Z21Z22Z23Z51Z55Z91
9占带宽OBW测量：功率带宽：10 999 信道带宽：100 Hz 1 GHz
10信号幅度统计特性测量
幅度分布函数：Amplitude Probability Distribution (APD)
补充累积分布函数：Complementary Cumulative Distribution Function (CCDF)
定义相关采样点数目
输出均功率峰值功率峰值子（峰均）数值
测量高带宽 20 MHz 适测量种宽带信号：WLANWiMAX 载波 CCDF
4 载波 WCDMA 11 载波 CDMA2000 信号220
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矢量信号分析仪FSQ
R&S FSQ拥FSU样高端射频指标VSA（Vector Signal
Analyzer）软件选件R&S FSQ成台高级矢量信号分析仪
R&S FSQ拥高达28MHz解调带宽件进步解调带宽
扩展120MHz完全够满足未宽带信号分析求
业界频谱仪矢量信号分析仪相台R&S FSQ完成
包括射频频谱特性调制特性全部测量称合二
ONE BOX解决方案
FSQ涵盖3GHz8GHz265GHz40GHz
• 频率范围20Hz50GH
• 分辨率带宽：1Hz 50MHz调具备种信道滤波器
• 采基波混频射频指标特高频率时指标
• 显示均噪声电：158 dBmHz（前置放器）168dBmHz（
带前置放器）
• 1dB压缩点：+13dBm三阶互调截止点TOI典型值：+25dBm
• 单边带相位噪声：120dBcHz （10kHz频偏）160dBcHz （
10MHz频偏）
• 极高动态范围WCDMA ACLR：高达84dB
• 测试速度快WCDMA 码域功率测试ACLRSpectrum Emission
Mask测试速度极快
• 支持种移动通信技术：
GSMEDGEWCDMACDMACDMA2000TDSCDMAWLAN等221
© Rohde & Schwarz 中国培训中心 –RF基础测量 ©2005 付国映 221
吸收式功率计NRP
研究开发产品生产实验室固定移动
测量连续波信号分析第三代移动通信中宽带调制信号选择NRP微
波功率计永远正确选择顶级测量精度调制宽带信号
90dB动态范围功率计NRP两重特性NRP机连接
4探头
• 创新路径传感器技术高达90dB动态范围
• 提供连续波信号突发脉信号时隙信号均功率测量功
• 功率传感器失配补偿测试系统S参数校正
• 新型动滤波功
• 机连接达四传感器
• 功率传感器直接计算机连接222
© Rohde & Schwarz 中国培训中心 –RF基础测量 ©2005 付国映 222
通式功率计NRT
R&S通式功率计NRT配合测量传感器测量功率信号功率
特点：
1直接测量放器末级输出功率
2时显示功率反射系数
3测量均功率峰值功率峰均CF
4兼容种数字调制：
GSMEDGECDMAWCDMAPHSNADCTETRADECT等
5智探头：插
6带RS232GPIB接口
7探头机间数字信号接口
8探头直接计算机接口223
© Rohde & Schwarz 中国培训中心 –RF基础测量 ©2005 付国映 223
矢量网络分析仪 ZVB
R&SZVB款中高档矢量网络分析仪ZVB4
ZVB8ZVB20三种型号限频率分4GHz8GHz
20GHz测试端口234端口特点：
1输出功率： typ +13 dBm
2功率扫描范围： 40dBm~+13dBm
3扫描时间：8 ms @ 201 点
4动态范围：123 dB
5测量点数：1~20 001 点 曲线
6中频带宽范围：1 Hz ~ 500 kHz
7曲线显示通道设置数目：unlimited
8置WindowsXP操作系统硬盘达20GHz支持鼠标操
作
9支持touchstone文件格式（*S1P*S2P）输入输出
10支持定义校准件集成Agilent校准件模型参数
R&SZVA款高档矢量网络分析仪ZVA8
ZVA24两种型号224
© Rohde & Schwarz 中国培训中心 –RF基础测量 ©2005 付国映 224
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