頻譜儀的簡單原理

1、頻譜儀的簡單原理 通常我們要對即將傳輸或者已經(jīng)接收的信號進行分析，以獲取我們所需要的信息。為了獲取不同的信息我們通常將信號放在不同的域進行分析，如下列圖所示： 對于時域時間和幅值的分析我們通常采用示波器，獲取信號的幅度、周期、頻率等信息；對于頻域頻率和幅值的分析我們通常采用頻譜分析儀，獲取信號的頻率、功率、諧波、噪聲等信息；剩下的那么是時間和頻率的域，我們稱之為矢量域，我們可以通過適量分析儀獲取信號的幅度誤差、矢量誤差、相位誤差等信息?，F(xiàn)在的許多頻譜分析儀也兼有矢量分析儀的功能。 按照工作原理分，頻譜有兩種根本的類型：實時頻譜儀和掃頻調(diào)諧式頻譜儀。 實時頻譜儀包括多通道濾波器并聯(lián)型頻譜儀和FF

2、T頻譜儀。掃頻調(diào)諧式頻譜儀包括掃描射頻調(diào)諧型頻譜儀和超外差式頻譜儀。其中超外差頻譜儀應(yīng)用最為廣泛。1.超外差頻譜儀 如下列圖所示是典型的超外差頻譜分析儀的實現(xiàn)框圖：原始輸入信號首先經(jīng)過一個低通濾波器，隨后經(jīng)過衰減器到達混頻器以后，與來自本振的信號相混頻。因為混頻器本身就是非線性器件，所以輸出信號除了包含兩個原始的信號之外，還包含諧波，以及原始信號與諧波的差信號與和信號。如果混頻信號落在中頻濾波器的通帶范圍內(nèi)，那么信號會被進一步處理，中頻信號再經(jīng)過放大、濾波后送到檢波器檢波檢波輸出信號經(jīng)視頻濾波器濾波，成為與輸入信號功率幅度相對應(yīng)的視頻信號，表達在顯示屏的Y軸上；掃頻控制器將掃描電壓與本振頻率對

3、應(yīng)起來，改變頻譜儀本振頻率的同時將改變顯示屏X軸的掃描電壓。這樣，頻譜儀就可以將輸入信號在不同頻率處的功率幅度大小表達在顯示屏上了。假設(shè)頻率軸上有一個特定的窗口，那么只有進入到該窗口內(nèi)的信號才能被檢測到，這就是它的根本原理。如果窗口從頻率點 f1 掃描到頻率點 f2，就可以得到不同頻率上的信號功率，也就得到了被測信號的頻譜分布，這個窗口是靠本振掃頻來實現(xiàn)的。掃頻外差式頻譜儀通過改變下變頻混頻器的本地振蕩器頻率，使得輸入待測信號的頻率與本振頻率之差等于我們需要的固定中頻；再使用帶通濾波器(分辨率濾波器)由中頻信號中“取出所需的差頻，最后借助檢波的方法得到信號幅度。只要本振頻率在一定范圍內(nèi)變化，就

4、可以依次捕獲待測信號的不同頻率分量。各部件的根本作用：低頻濾波器：濾除高于頻譜儀標(biāo)定頻率的頻率成分。衰減器：防止混頻器過載，增益壓縮，畸變，并且輸入衰減器和中頻放大器保持聯(lián)動關(guān)系，中頻放大器自動補償衰減作用，輸入信號測量結(jié)果不會受衰減器設(shè)置的影響?；祛l器：通過混頻器獲得本振信號和輸入信號的差頻信號。中頻放大器：輸入信號經(jīng)過了前置衰減器，電平降低，為了恢復(fù)信號幅度，補償輸入衰減器的變化，在混頻器后對中頻信號進行放大，在放大有用信號的同時，噪聲和干擾信號也被同時放大。中頻濾波器：中頻濾波器可以減小噪聲帶寬，其帶寬越窄，噪聲帶寬就越窄，進入頻譜分析儀的噪聲就越小，那么接收靈敏度就越高，即本底噪聲越低

5、。窄的中頻濾波器可實現(xiàn)高的分辨率，所以中頻濾波器帶寬又稱為分辨率帶寬RBW，RBW是可調(diào)的，其可影響頻率選擇性、 信噪比 、測試速度。對數(shù)放大器：對數(shù)放大器按照對數(shù)函數(shù)來壓縮信號電平，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(zhǔn)成用分貝讀數(shù)的對數(shù)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(shù)刻度。檢波器：將中頻信號轉(zhuǎn)換為基帶信號或視頻信號。視頻濾波器：視頻濾波器在包絡(luò)檢波器之后，視頻濾波器決定了視頻帶寬。視頻濾波器是一級低通配置，用于從視頻信號中濾除噪聲，平滑軌跡，從而使顯示結(jié)果穩(wěn)定。FFT頻譜儀相比擬而言FFT頻譜儀的工作原理就更加容易理解。FFT頻譜儀典型實現(xiàn)框圖如下:數(shù)字式頻譜儀采用高速 A/D 采集出當(dāng)前信號，然后送入處理器進行處理，最終將得到的各頻率分量幅度值的數(shù)據(jù)送入顯示器實現(xiàn)顯示。 FFT 式頻譜分析儀采用數(shù)字的方法，由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)對輸入信號進行取樣，經(jīng)過 FFT 處理后獲得頻譜分布圖。新型 FFT 式頻譜分析儀，利用快速傅立葉變換把被測信號分解成為分立的頻率分量，與傳統(tǒng)的模擬頻譜分析儀獲得同樣的結(jié)果。但不同之處在于 FFT式頻譜分析儀可以進行實時分析，