一文了解频谱分析仪的原理

　　目前信号的分析主要从时域、频域和调制域三个方面进行，频谱分析仪分析的是信号的频域特性，它主要由预选器、扫频本振、混频、滤波、检波、放大等部分组成。

　　频谱分析仪的基本工作原理是输入信号经衰减器加到混波器，与可调变的扫频本振电路提供的本振信号混频后，得到中频信号再放大，滤波与检波，把交流信号及各种调制信号变成一定规律变化的直流信号，在显示器上显示。

　　输入衰减器是以10 dB为步进的衰减器，主要用途是扩大频谱仪的幅度测量范围，保证第一混频器对被测信号来说处于线性工作区，使输入信号与频谱仪达到良好的匹配。滤波器的作用是抑制镜像干扰以及其他噪声干扰，保证测量的稳定准确。混频器也称变频器，它能将微波信号变换成所需要的中频信号，而第一变频器是宽带频谱仪中最关键的微波部件之一，它包括基波混频器和高频段混频器。中频电路部分的可变增益电路和输入衰减器一起联控，或者由微处理器控制，根据输入信号幅度大小改变频谱分析仪的总增益，它的变化范围就决定了参考电平的范围。对数放大电路决定了频谱分析仪的显示动态范围和它的增益分档调节。检波电路一般都是峰值检波再滤波。

　　频谱分析仪的输入信号一般以2.9 GHz频率为分界点，低于2.9 GHz的信号为低波段信号，而频率高于2.9 GHz的信号为高波段信号。低波段的信号与第一本振的基波混频后得到第一中频，再经滤波后到第二变频器，第一中频信号与第二本振差频得到第二中频信号，再与第三本振混频得到所需中频信号;而高波段信号经预选后与第一本振相应的谐波混频后得到的中频信号与第三本振差频得到所需要的中频信号;该中频信号经后续电路处理后显示。显示电路的视频滤波器实际上是个低通滤波器，对模拟显示器，视频滤波器输出信号加到显示器垂直偏转线路供显示，而对数字显示器，则视频滤波器输出的信号先经A/D变换，数字化后经微处理器和图像显示控制器处理后送显示器显示。

　　1．FFT分析仪 用数值计算的方法处理一定时间周期的信号，可提供频率；幅度和相位信息。这种仪器同样能分析周期和非周期信号。FFT 的特点是速度快；精度高，但其分析频率带宽受ADC采样速率限制，适合分析窄带宽信号。

　　2．扫频式频谱分析仪可分析稳定和周期变化信号，可提供信号幅度和频率信息，适合于宽频带快速扫描测试。

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　　●相位噪声没有一种振荡器是绝对稳定的。虽然我们看不到频谱分析仪本振系统的实际频率抖动，但仍能观察到本振频率或相位不稳定性的明显表征，这就是相位噪声（有时也叫噪声边带）。它们都在某种程度上受到随机噪声的频率或相位调制的影响。本振的任何不稳定性都会传递给由本振和输入信号所形成的混频分量，因此本振相位噪声的调制边带会出现在幅度远大于系统宽带底噪的那些频谱分量周围。浅析频谱分析仪的相位噪声和扫描时间显示的频谱分量和相位噪声之间的幅度差随本振稳定度而变化，本振越稳定，相位噪声越小。它也随分辨率带宽而变，若将分辨率带宽缩小10倍，显示相位噪声电平将减小 10 dB。相位噪声频谱的形状与分析仪的设计，尤其是用来稳定本振的锁相环结构有关

　　平均是减小测量系统固有不确定度的一个最常用的方法。进行多次测量，对其结果求平均，可以减小测量随机性的影响。如今大部分测量仪器都具有平均功能，仪器通常不是直接输出含有噪声的结果，而是测量上百次，计算出平均值，把平均值作为结果输出。但是下文会描述：频谱分析仪中的功率平均有时会导致不正确的结果。本文的试验会引用两家不同厂商的频谱分析仪的功率测量结果。但是本文的结论对任何使用“后处理平均方法”的频谱分析仪都适用。第一个错误观点：对均方根功率求平均，可以得出跨度为零的轨迹（或其一部分）的平均功率。为了更好的驳斥这个观点，有必要先了解一下平均的数学定义。如公式1所示：MAVE是某个试验N次测量的平均值，其中Mi是每一次测量的结果。在这个例子中

　　以及滤波处理。1 系统整体设计方案本设计的虚拟频谱分析仪即可以对虚拟信号发生器所产生的信号进行频谱分析。也可以对通过信号调理器，基于PCI总线的DAQ卡组成的采集系统所采集到的外部信号进行频谱分析。其中，在对外部信号进行频谱分析时，外界被测信号首先传送到信号调理电路，且由信号调理电路对它进行放大、滤波、隔离等处理后，再经数据采集卡进行A／D转换，以将模拟信号转换为数字信号，然后由软件对被测试信号进行频谱分析和处理，最后得到测试结果，并按要求将它们显示或储存起来。本文所设计的虚拟频谱分析仪的前面板图如图1所示。这一种虚拟频谱分析仪能够提供一个高精度的频谱分析功能，并且可以同时观察输入信号的频域显示。但该虚拟频谱分析仪

　　频谱分析仪是用于测量射频信号幅度与频率之间关系的测量仪器，通常用于频域测量。而用于时域测量通常使用的仪器是示波器。频谱分析仪可以用于测量频率、功率幅度、谐波、带宽以及其他射频信号相关的参数。我在ARRL实验室经常进行的一个重要测试项目是对发射机或功放进行带外辐射指标的测试。在该指标的测试过程中，会测量发射信号的所有谐波和杂散相对基波（载波）信号的电平幅度差。通常我们采用经过计量的Agilent/HP 8563E频谱分析仪进行测试，这台频谱分析仪的频率覆盖范围为9kHz～26.5GHz。HP 8563E是一台非常精确的，实验室级别的专业仪器，但它的价格会让绝大多数火腿和电子爱好者望而生畏。即便是一台二手的HP 8563E

　　AT5010频谱分析仪功能介绍聚焦旋钮（FOCJS）：用于光斑锐度调节。亮度调节旋钮（1NTENS）：用于亮暗调节。电源开关（POWER）：按下后，频谱分析仪开始工作。轨迹旋钮（TR）：即使采用磁屏蔽（铍膜合金），地球磁场对水平扫描线的影响仍然是不可避免的。 通过安装在轨迹旋钮中的电位计调节轨迹，并且水平扫描线基本上与水平刻度线kHz带宽下选择时，噪声电平降低，选择性提高，频率更高的频谱线可以分离。此时，如果扫描宽度太宽，则需要较长的扫描时间，这将降低信号转换过程中的信号幅度并使测量不正确。此时，“校准失败”LED亮起这一点。视频滤波器选择（VIDEOFILTER）：可用于降低

　　近期看了一些无源滤波器的资料，其中Robert Keim写的文章通俗易懂，让我们一起来看看处理EMC问题中最常用的手段-RC滤波。本文介绍了滤波的概念，并详细说明了电阻-电容（RC）低通滤波器的用途和特性。1时域和频域当我们在示波器上查看电信号时，会看到一条线，表示电压随时间的变 化。在任何特定时刻，信号只有一个电压值。我们在示波器上看到的是信号的时域表示。典型的示波器很直观，但它也有一定的限制性，因为它不直接显示信号的频率内容。与时域表示相反，频域表示（也称为频谱）通过识别同时存在的各种频率分量来传达关于信号的信息。正弦波（顶部）和方波（底部）的时域表示正弦波（顶部）和方波（底部）的频域表示2什么是滤波器

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