频谱分析仪基础知识

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1、频谱分析仪的基础知识主要内容阐述频谱分析仪测量的主要应用；介绍频谱分析仪内部结构及工作原理；说明频率分辨率、灵敏度和动态范围等重要指标在分析仪测量中的重要作用。8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHz要达到的学习目标了解频谱分析仪结构原理，了解频谱分析仪性能指标；熟练应用频谱分析仪。1频谱分析仪应用从事通信工程的技术人员，在很多时候需要对信号进行分析，针对不同观察域，分别用示波器、频谱分析仪和矢量分析仪观察信号；示波器只能观察信号的幅度、周期和频率；但频谱分析仪还可以分析信号的频率分布信息、频率、功率、谐波、杂波

2、、噪声、干扰和失真，而矢量分析仪可以在频谱分析仪基础上分析数字调制信号调制质量。频域和时域早期的信号观察，主要依赖示波器在时域内观察信号；傅立叶变换告诉我们：任何时域内电信号都是由一个或多个不同频率、不同幅度和不同相位的正弦波组成的，但应用示波器无法观察到频域内信息，只能在时域内观察；应用频域测量，就能以频谱的形式显示出每个正弦波的幅度随频率变化的情况；下图是信号在时域和频域内观察的结果，由此可以清楚看出信号在频域观察的必要性：时域得到的是信号的波形信息，不能测量混合信号，如果存在干扰或失真信号，在时域上无法区分有用信号和无用信号；在频域

3、上可以准确地测量有用信号和无用信号的各种参数。幅度(功率)频率时域测量（示波器）频域测量（频谱仪）时间2频谱分析仪结构及原理频谱分析仪的类型：傅立叶频谱分析仪和超外差式频谱分析仪FFT频谱分析仪：被分析的信号通过模数转换器采样，变成离散信号，采样值被保存在一个存储器中，经过离散FFT变换计算，计算出信号的频谱FFT频谱分析仪不足之处：FFT分析仪不适合脉冲信号的分析，而且由于A/D转换器速度的限制，FFT分析仪仅适合测量低频信号超外差频谱分析仪这种频谱分析仪对输入信号的分析，并不是从时间特性计算得来的，而是由频域分析直接决定的。对于这样的

4、分析，必须把输入频谱分成各个独立的部分。可调带通滤波器就是为此目的而使用的超外差频谱分析仪内部结构如下图滤波器频率基准对数放大器RF输入衰减器混频器IF滤波器检波器视频滤波器本地振荡器扫频发生器IF增益输入显示原理分析信号分析过程如下：被测信号经过滤波和衰减后，和LO信号进入混频器混频转换成中频信号，因为LO频率可变，所以输入信号都可以被转换成固定中频，经放大后进入中频滤波器（中心频率固定），然后进入一个对数放大器，对中频信号进行压缩，然后进行包络检波，所得信号即视频信号，为了平滑显示，在包络检波之前通过可调低通滤波器，即视频滤波；视频信

5、号在阴极射线管内垂直偏转，即显示出在信号的幅度，同时，由于显示的频率值是扫频发生器电压值的函数，所以对应被测信号的频率值，于是，被测信号的信息显示在LCD上幅度、频率显示原理幅度显示原理：经过中频滤波器的中频信号功率就是反应了输入信号的功率。检测的方法就是用一个检波器，将它变为电压输出，体现在纵轴的幅度。当然还要经过D/A转换和一些数据处理，加一些修正和一些对数、线性变换。这足以给我们带来信号分析上的许多方便。频率显示原理：频谱分析是要分析频域的。一个信号要分析两个参数，一是幅度，二是频率。幅度已经得出，而频率和幅度要对应起来，在某一频率

6、是什么幅度。如何与幅度对应起来。其实很简单。它是通过本振与扫描电压对应起来的。本振是一个压流振荡器。本振信号是个扫描信号。扫描控制是由扫描控制器来完成的。它同时控制显示器的横坐标。从左到右当扫描电压在OV时，在显示器上是0点，对本振信号来说是F1点，即起始频率点。当扫描电压到10V时，在显示器上是终止频率点，本振电压就是在终止频率点，中间是线性的。通过这样的方法，使得显示器坐标的每一点与本振F1、F2的每一点对应起来。射频信号是本振信号减去中频信号21.4MHz。当我们操作频谱仪进行分析时，实际是在改变本振信号的频率。下面将对频谱分析仪每

7、个独立部件的工作原理和相互之间的作用做详细说明LOIMRF低通滤波器低通滤波器的主要作用是抑制镜像频率。下图是低中频频谱分析仪输入频率与镜像频率范围的关系，如果输入频率范围大于2IF，则两频率范围会重叠,所以要求输入滤波器在不影响主信号的情况下抑制镜像抑制IFLO如果使用可调谐带通滤波器以抑制镜像频率，则由于较宽的调谐范围使滤波器极为复杂，所以采用高的第一中频使问题简化这种配置下，镜像频率位于输入频率范围之上，由于两个频率范围不会重叠，故可利用低通滤波器抑制镜像频率，三者范围关系如下图LORFIMIF衰减器衰减器主要有三个作用(1)保护频

8、谱仪不受损坏：测量高电平信号时，为了不烧坏频谱分析仪，必须对信号进行衰减；(2)高测试的准确性：混频器是非线性器件，当混频器输入信号电平较高时，输出会产生许多产物，而且电平太高会干扰测试结果，