頻譜分析儀是研究電信號頻譜結(jié)構(gòu)的儀器，用于信號失真度,、調(diào)制度,、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號參數(shù)的測量,，可用以測量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù),，是一種多用途的電子測量儀器。它又可稱為頻域示波器,、跟蹤示波器,、分析示波器、諧波分析器,、頻率特性分析儀或傅里葉分析儀等?，F(xiàn)代頻譜分析儀能以模擬方式或數(shù)字方式顯示分析結(jié)果,能分析1赫以下的甚低頻到亞毫米波段的全部無線電頻段的電信號。儀器內(nèi)部若采用數(shù)字電路和微處理器,，具有存儲和運(yùn)算功能,；配置標(biāo)準(zhǔn)接口，就容易構(gòu)成自動測試系統(tǒng),。
早期的頻譜分析儀實(shí)質(zhì)上是一臺掃頻接收機(jī),，輸入信號與本地振蕩信號在混頻器變頻后，經(jīng)過一組并聯(lián)的不同中心頻率的帶通濾波器,，使輸入信號顯示在一組帶通濾波器限定的頻率軸上,。顯然，由于帶通濾波器由無源元件構(gòu)成,，頻譜分析器整體上顯得很笨重,，而且頻率分辨率不高。既然傅里葉變換可把輸入信號分解成分立的頻率分量,，同樣可起著濾波器類似的作用,，借助快速傅里葉變換電路代替低通濾波器，使頻譜分析儀的構(gòu)成簡化,，分辨率增高,，測量時間縮短,，掃頻范圍擴(kuò)大，這就是現(xiàn)代頻譜分析儀的優(yōu)點(diǎn)了,。

傳統(tǒng)的頻譜分析儀的電路是在一定帶寬內(nèi)可調(diào)諧的接收機(jī),，輸入信號經(jīng)下變頻后由低通濾器輸出，濾波輸出作為垂直分量,，頻率作為水平分量,，在示波器屏幕上繪出坐標(biāo)圖,，就是輸入信號的頻譜圖,。由于變頻器可以達(dá)到很寬的頻率，例如30HZ- 30GHZ,，與外部混頻器配合，可擴(kuò)展到100GHz以上,，頻譜分析儀是頻率覆蓋*寬的測量儀器之一,。無論測量連續(xù)信號或調(diào)制信號,，頻譜分析器都是很理想的測量工具,。
但是，傳統(tǒng)的頻譜分析儀也有明顯的缺點(diǎn),。
首先,，它只適于測量穩(wěn)態(tài)信號,，不適宜測量瞬態(tài)事件,；
第二,，它只能測量頻率的幅度，缺少相位信息,，因此屬于標(biāo)量儀器而不是矢量儀器,；
第三，第三,，它需要多種低頻帶通濾波器,，獲得的測量結(jié)果要花費(fèi)較長的時間，因此被視為非實(shí)時儀器,。
既然通過傅里葉運(yùn)算可以將被測信號分解成分立的頻率分量,，達(dá)到與傳統(tǒng)頻譜分析儀同樣的結(jié)果,，出現(xiàn)基于快速傅里葉變換（FFT）的頻譜分析儀。這種新型的頻譜分析儀采用數(shù)字方法直接由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）對輸入信號取樣,，再經(jīng)FFT處理后獲得頻譜分布圖,。據(jù)此可知，這種頻譜分析儀亦稱為實(shí)時頻譜分析儀,，它的頻率范圍受到ADC采集速率和FFT運(yùn)算速度的限制,。
為獲得良好的儀器線性度和高分辨率，對信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的ADC需要12位 -16位的分辨率,，按取樣原理可知,，ADC的取樣率*少等于輸入信號*高頻率的兩倍，亦即頻率上限是100MHz的實(shí)時頻譜分析儀需要ADC有 200MS/S的取樣率,。目前半導(dǎo)體工藝水平可制成分辨率8位和取樣率4GS/S的ADC或者分辨率12位和取樣率800MS/S的ADC,，亦即,，原理上儀器可達(dá)到2GHz的帶寬,，此時垂直分辨率只有8位（256級）,，顯然8位分辨率過低,，因此,，實(shí)時頻譜分析儀適用于400MHz帶寬以下的頻段，此時具有 12位（4096級）以上的分辨率,。為了擴(kuò)展頻率上限,，可在ADC前端增加下變頻器，本振采用直接數(shù)字事成的振蕩器，這種混合式的頻譜分析儀適合在幾 GHz以下的頻段使用,。
FFT的性能用取樣點(diǎn)數(shù)和取樣率來表征，例如用100KS/S的取樣率對輸入信號取樣1024點(diǎn),，則*高輸入頻率是 50KHz和分辨率是50Hz。如果取樣點(diǎn)數(shù)為2048點(diǎn),，則分辨率提高到25Hz,。由此可知,，*高輸入頻率取決全取樣率，分辨率取決于取樣點(diǎn)數(shù),。FFT 運(yùn)算時間與取樣點(diǎn)數(shù)成對數(shù)關(guān)系,，頻譜分析儀需要高頻率、高分辨率和高速運(yùn)算時,，要選用高速的FFT硬件,，或者相應(yīng)的數(shù)字信號處理器（DSP）芯片。例如,，10MHz輸入頻率的1024點(diǎn)的運(yùn)算時間80μs,，而10KHz的1024點(diǎn)的運(yùn)算時間變?yōu)?4ms，1KHz的1024點(diǎn)的運(yùn)算時間增加至 640ms,。當(dāng)運(yùn)算時間超過200ms時,，屏幕的反應(yīng)變慢，不適于眼睛的觀察,，補(bǔ)救辦法是減少取樣點(diǎn)數(shù),，使運(yùn)算時間降低至200ms以下

頻譜分析儀的發(fā)展歷程

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