如何使用频谱分析仪测试随机信号？
如果说起系统工程师绝对不喜欢的一件事，那就是在感兴趣的信号中存在随机信号，但是随机性又是测量高速信号时绕不开的一个话题。
提起高速信号测量，大家想到的可能都是时域和示波器和眼图相关的内容，但是，我们还有一个很方便的工具来分析感兴趣的信号中的随机信号，他就是功率谱密度(PSD, Power Spectral Density)。
什么是功率谱密度
现实中的很多抖动，尤其是在电子电力系统中，都包含了许多“随机”抖动，因为这些抖动具有许多不同的频率分量。在抖动测试中，虽然可以显示出TIE的分布情况，但是相较于频谱分析还是不够直观，我们无法判断在这样的抖动的能量，也无法判断这样的抖动对整体有什么样的影响。
FFT非常适合分析主要频率成分数量有限的抖动，但是对于随机信号，他的傅里叶变换不收敛，所以不能用频谱来准确描述，此时，功率谱密度是更有效的分析工具。
如果我在系统中没有使用到随机信号，还需要进行功率谱密度的测量吗?
实际上，我们使用到的绝大部分信号都是随机信号。能量信号和周期信号通常在仿真中使用，但在实际的生产中，即使原始信号可能是周期信号，但是由于数据采集、信号处理的过程中存在噪声，所以实际获得的信号仍然是随机信号。
既然随机信号不像是能量信号和周期信号那样可以使用频谱进行观测，那应该怎么表征他的功率能量和频率的关系呢?我们要怎么确定能量集中在了哪里?
功率谱密度给了我们答案。
在计算功率谱密度时，我们将随机信号的N个采样点视作一个能量有限的信号，经过傅里叶变换后，将其幅度平方再除以N，将此时得到的结果作为对真实功率谱的估计。要提高功率谱估计的分辨率，必须增加数据序列的长度N，但是较长的数据序列，由噪声引起的随机性得到更为充分的体现——较大的方差。
PSD和FFT的区别
既然现代测量PSD的方法也是根据FFT的结果来计算出来的，那为什么不直接使用FFT来进行信号分析呢?
这是因为PSD已经归一化为频带宽度，从而避免了不同的扫描时间下导致结果振幅的不同。在需要长时间扫描采集数据的应用场景中，功率谱密度有他独特的优势。
测量相同的信号，在不同的扫描时间下测得的频谱图如图2所示。这里输入的信号为一个40MHz的正弦波，其中添加了带宽为50MHz，标准差为194.6mV的随机噪声。其中灰色的参考迹线为扫描时间为5s的结果，黄色的迹线为自动扫描时间1.33ms下的测试结果。
可以看到，在较短的扫描时间下，很难看出信号整体的能量分布，但是在长时间扫描的结果中，虽然整体在频率增加时有下降的趋势，但是由于噪声信号的随机性，在相近频点会获得多个幅度相差较大的结果，所以在幅度轴上分布很分散，无法判断在该频点信号的能量分布。
此时如果观察信号的归一化后的幅度，可以很方便的观察出信号的能量分布，如图3所示。
其中白色参考迹线为扫描时间为5s的归一化结果，黄色迹线为自动扫描时间1.33ms下的归一化结果。可以明显看出，当扫描时间变长，样本数增加，此时的迹线结果更加平滑，而1.33ms下的结果由于样本量很少，所以和SA的结果几乎没有区别。在白色的参考迹线中也可以明显看出，随着信号的频率超过50MHz，信号的功率幅度也在下降，这和我们信号中设置的50MHz的噪声是匹配的。
使用鼎阳的频谱分析仪测试PSD
3.1测试随机信号的功率谱密度
SSA5000A频谱分析仪作为一款兼顾频谱功率和带宽分析的通用仪表，在测试随机信号的功率谱密度的时候并没有将其单独列为一个功能，而是在marker -光标功能中选择噪声光标，即可得到归一化的测试结果，如图 4所示。
在此模式下，使用平均检波或抽样检波时噪声光标测量会更准确，仪器也会针对不同检波方式和迹线类型做一定的补偿。值得注意的是，现在迹线显示的仍然为频谱分析的结果，如果想要知道功率谱密度的具体数值，需要将光标移到对应的频点来测量数值。采用增加扫描时间和使用噪声光标的方法，我们就完成了功率谱密度的测量。
3.2 测试信道功率和功率谱密度
无线通信和广播系统传输信号时，通常会为信号分配特定的频率范围或信道。大部分的信号功率应保持在分配的信道内。
SSA5000A可以求给定信道内的功率和功率谱密度，该信道以中心频点为中心，可以调节带宽，但不能大于SPAN。给定信道的带宽叫做积分带宽，测试界面如图 5所示。
总结
功率谱密度(Power Spectral Density, PSD) 是描述信号功率在频域上随频率分布情况的物理量，它可以通过对随机信号进行傅里叶变换，然后取幅度平方并进行归一化(通常是除以信号长度或采样点数)来估计。
本文介绍了PSD和FFT的区别，讲解了如何用SSA5000A频谱分析仪噪声光标功能获取归一化测试结果，并介绍了测试信道功率和PSD的方法。
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 0
本文由玉鹤甘茗转载自鼎阳科技 微信公众号，原文标题为:如何使用频谱分析仪测试随机信号？，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。
相关研发服务和供应服务
相关推荐
SHA系列手持频谱分析仪GPS功能使用指导
本文旨在对SHA系列的GPS功能进行介绍，通过监测和记录不同位置处的测量参数，帮助用户准确侦测、识别和定位干扰信号，更好地应对各种应用的需求。本文将演示如何使用鼎阳科技SHA850A手持频谱分析仪的GPS功能来快速有效地记录和回放信道功率测量结果。
设计经验 发布时间 : 2024-06-22
如何使用频谱仪Y因子法来测量噪声系数？
噪声系数的精确测量对于产品的研发和制造都非常关键，是射频电路的关键指标之一。它决定了接收机的灵敏度，影响着模拟通信系统的信噪比和数字通信系统的误码率。噪声系数提供了被测器件添加到信号中的噪声的可量化度量。对于噪声系数的测量，通常有Y因子法和冷源法两种方式。本文将详细解析如何使用频谱仪Y因子法来测量噪声系数，希望能为广大工程师朋友提供测试测量思路。
设计经验 发布时间 : 2024-06-28
如何使用频谱分析仪快速监控FM偏差？
频谱分析仪是观察无线电传输的非常有用的工具。更常见的应用之一是监视已知的频道或频带。在本文中，我们将展示如何快速捕获FM无线电传输，然后配置分析仪以向我们提供该信号的频率偏差。注意：如果您不确定要测量的信号功率，最好在分析仪的RF输入端添加外部衰减，以防止损坏分析仪敏感的测量电路。您对因信号功率过大而造成的任何损害负有最终责任。
设计经验 发布时间 : 2024-07-10
鼎阳科技多款频谱分析仪和近场探头套装提供一站式、全方位的EMI测试解决方案
在当今高度电子化的时代，电磁干扰（EMI）已成为影响电子产品性能、可靠性及合规性的关键因素之一。本EMI测试解决方案旨在通过先进的测试设备和科学的测试方法，为电子产品制造商提供一站式、全方位的EMI测试服务。鼎阳科技的多款频谱分析仪提供了包括EMI滤波器、准峰值检波器等在内的预兼容测试套件，使得用户能够轻松进行EMI预兼容测试。
原厂动态 发布时间 : 2024-09-09
实时频谱分析仪与传统频谱分析仪的区别
自从人们实现了无线通信以后，无线通讯技术开始迅猛发展，发展到今天，移动网络、WiFi、蓝牙、RFID等技术百花齐放，RF频谱变得越发拥挤。有时候不同类型的RF信号会相互干扰。面对快速、随机变化的信号，在需要观察实时频谱的场景中，传统的扫描式频谱分析仪在需要观察实时频谱的场景中已经不能满足实时性的需求。
技术探讨 发布时间 : 2024-07-03
【技术】实时频谱分析仪与传统扫描式频谱分析仪有什么区别？
传统的扫描式频谱分析仪（超外差式频谱分析仪）会根据设定的起始频率（屏幕最左边）一直扫描到终止频率（屏幕最右边）。扫描时长与Span设置、RBW设置等相关：Span越大，RBW越小，扫描一次所花的时间越多。在复杂环境的条件下，难以很好地获取到快速变化信号的频域信息。
技术探讨 发布时间 : 2023-10-10
Signal Analysis Utilities in the SSA5000A Series Spectrum Analyzer Application Guide
型号- SSA5000A-BT,SSA5000A,SSA5000A SERIES
鼎阳科技发布SSA3000X Plus系列频谱分析仪，添加Webserver功能，支持通过网页远程控制仪器
鼎阳科技股份有限公司发布频谱分析仪新产品SSA3000X Plus系列。其测量频率范围为9 kHz-2.1/3.2 GHz，分辨率带宽（RBW）低至1 Hz，显示平均噪声电平（DANL）为-161 dBm/Hz（典型值），频率计数器分辨率低至0.01 Hz。
产品 发布时间 : 2024-09-30
SSA3021X Plus SSA3032X Plus 频谱分析仪 数据手册
型号- SRF5030T,SSA3000XP-TG,SSA3021X PLUS,SSA3000XP-DMA,USB-GP1B,SDG6000X,SVX1000X,N-SMA-6L,N-N-6L,SSA3000XP-EMI,UKITSSA3X,SSA1015X,SSA3000XP-AMK,BAG2-SCC,N-BNC-2L,SSA-RMK,SSA3000XP-AMA,SSA3000XP-REFL,RBSSA3X45,SSA1015X-C,SSA3032X PLUS
SSA3000X系列频谱分析仪基础之可用的检波器类型及其建议用法
鼎阳SSA3000X等系列频谱分析仪有许多可用的检波器选择，可以帮助您观察感兴趣的特定信号。本操作提示旨在对鼎阳SSA3000X系列频谱分析仪可用的检波器类型及其建议用法进行简要说明。
设计经验 发布时间 : 2024-09-06
鼎阳科技（SIGLENT）示波器/函数任意波形发生器/频谱分析仪/手持示波表与泰克（TEKTRONIX）/ 罗德与施瓦茨（R&S ）/福禄克(FLUKE)对照表
型号- FSC6,RTM3000,RSA500B,SDS6000,DPO2000B,SDS6000 PRO系列,MDO3000,4 系列,SSA3000X PLUS,SHS1062,SDG6000X-E系列,SSA3000X-R系列,RSA500B系列,SDS6000 PRO,SDS2000X PLUS,SHS1000,190-062系列,190-102,190-102系列,SDG6000X-E,SSA3000X PLUS系列,FSVR,190-062,SHS1000系列,AFG3000C,SHS1102,SDS5000X系列,FSC6系列,SSA3000X-R,SDS5000X,FSVR系列,MSO2000B,SDS2000X PLUS系列
SSA3000X Plus 频谱分析仪 SSA3000X-R 实时频谱分析仪 SVA1000X 频谱&矢量网络分析仪用户手册
型号- SSA3000X-R,SSA3000X PLUS,SVA1000X
电子商城
现货市场
服务
提供是德(Keysight)，罗德(R&S)测试测量仪器租赁服务，包括网络分析仪、无线通讯综测仪、信号发生器、频谱分析仪、信号分析仪、电源等仪器租赁服务；租赁费用按月计算，租赁价格按仪器配置而定。
提交需求>
提供是德（Keysight）网络分析仪、信号发生器、频谱分析仪、信号分析仪、电源等仪器维修，支持一台仪器即可维修。具备十年以上维修经验工程师，维修后测试合格率达98%，维修保修期长达三个月。
提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
我要提问
登录 | 立即注册
提交评论