最全的频谱分析仪基础知识

声器。

图3  扫频超外差式频谱分析仪的简化框图

基于扫描式工作原理，当输入信号为单点频信号时，该信号需和扫描本振信号进行混频，这样中频信号也为频率变化的扫频信号，该扫频信号通过中频滤波器和检波器后输出波形为中频滤波器频响形状。

图4 扫频式频谱分析仪的测量过程

输入衰减器

输入衰减器是信号在频谱仪中的第一级处理，频谱分析仪输入衰减器功能包含以下方面：

1. 保证频谱仪在宽频范围内保持良好匹配特性；

2 .保护混频及其它中频处理电路。防止部件损坏和产生过大非线性失真。

一般频谱分析仪衰减器衰减范围为：0~65dB; 可按照5dB步进变化。当改变输入衰减器设置时，信号电平会受到影响。如衰减值由10dB变为20dB，信号幅度人为被减小10dB，相应检波输出也会降低，为补偿该变化，频谱仪内部会利用放大器补偿衰减影响。所以当在改变衰减器设置时，输入信号在频谱仪上的显示并不发生变化。

仪表自动设置衰减器件的原则是保证：

输入信号电平－衰减器设置<=混频器工作电平

可以注意一下仪表的这几个参数值是否满足上式的关系。

所以，当改变仪表输入衰减器设置时，其内部衰减器和中频放大器会发生变化。中频放大器决定信号在屏幕上的显示位置。

频谱仪工作时，其中频放大器增益和衰减器设值连动工作，当改变输入衰减器设置时，输入信号显示电平并不会发生变化。

混频器

混频器完成信号的频谱搬移，将不同频率输入信号变换到相应频率。在混频过程中会存在镜相干扰问题。

镜相干扰举例：

     输入信号频率：800MHz;  

     本振信号频率：780MHz;

     中频信号频率：800-780=20MHz;

     则镜相干扰信号频率：780-20=760MHz,

     760MHz信号是800MHz信号的镜相干扰。

这样带来的测量问题就是频谱仪的一个中频信号显示不能判断是760MHz信号还是800MHz信号的响应。

频谱仪需采用相应方法来解决这个问题。频谱分析仪利用两种方法解决该问题。

1.在低频率段(<3GHz)，利用高混频和低通滤波器抑制干扰。

2.在高频率段(>3GHz)，利用带通跟踪滤波器抑制干扰。

图5  典型频谱分析仪的变频处理过程

中频滤波器

中频滤波器是谱分析仪中关键部件，频谱分析仪主要依靠该滤波器来分辩不同频率信号，频谱仪许多关键指标（测量分辨率、测量灵敏度、测量速度、测量精度等）都和中频滤波器的带宽和形状有关。

中频滤波器通常由LC滤波器，晶体滤波器或数字滤波器的组合实现。形状因素和滤波器类型是说明这些滤波器特性的重要因素。形状因素为滤波器是如何选择的一个测度，通常规定为3dB/60Dbk宽度之比，比值表示出如何在3dB带宽内的大信号附件分辨小1百万倍（-60dB）的信号。这类滤波器对频谱分析仪的性能有重大影响，虽然某些滤波器类型如Butterworth巴特沃兹滤波器或Chebychev切比雪夫滤波器具有优良的选择性（信号分离的能力），以及高斯滤波器和同步调谐滤波器具有较好的时域性能（较好的扫描幅度精度），但最终应用哪种滤波器属最佳将起重大作用。优良的形状因素性能对紧靠在一起的信号提供较好的分辨率。较好的时域性能（无过冲）提供了更快的扫描速度和良好的幅度精度。

对数放大器

对数放大器以对数方式处理输入信号，允许有大的待测量和小的待测量同步易显示和分辨。实现这种压缩的一种方法是构建增益随信号幅度而变化的放大器。在低电平信号下，增益可能为10dB，而在较大的幅度下，增益下降到0。为了获得所需的对数范围，必须将若干这类放大器进行级联。对数放大器通常具有约70dB到超过100dB的范围。除对数范围外，逼真度（对数压缩与对数曲线相符的接近程度）是应考虑的重要因素，这个误差将直接反映测量的幅度误差。

检波器

检波器将输入信号功率转换为输出视频电压，该电压值对应输入信号功率。

针对不同特性输入信号（正弦信号、噪音信号、随机调制信号等），需采用不同检波方式才能准确测出该信号功率。

现代频谱仪一般采用数字技术，支持所有检波方式以确保准确测量各种被测信号的功率参数。

视频滤波器

视频滤波器对检波器输出视频信号进行低通滤波处理，减小视频带宽可对频谱显示中的噪声抖动进行平滑，从而减小显示噪声的抖动范围。这样有利频谱仪发现淹没在噪声中的小功率CW信号，还可提高测量的可重复性。

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