將信號源發(fā)出的信號強度按頻率順序展開,，使其成為頻率的函數，并考察變化規(guī)律,，稱為頻譜分析,。運用傅里葉級數或傅里葉變換，就能實現把時間域信號變換成頻率域信號,，稱為信號的頻率描述或稱為頻譜分析,。
頻譜分析儀是研究電信號頻譜結構的儀器，用于信號失真度,、調制度,、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調失真等信號參數的測量，可用以測量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數,，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,。
現代頻譜分析儀能以模擬方式或數字方式顯示分析結果,，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。儀器內部若采用數字電路和微處理器,，具有存儲和運算功能;配置標準接口,，就容易構成自動測試系統(tǒng)。
頻譜分析儀簡介
頻譜分析儀是對無線電信號進行測量的手段,，是從事電子產品研發(fā),、生產、檢驗的常用工具,。因此,，應用十分廣泛，被稱為工程師的射頻萬用表,。
1,、傳統(tǒng)頻譜分析儀
傳統(tǒng)的頻譜分析儀的前端電路是一定帶寬內可調諧的接收機，輸入信號經變頻器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圖,，就是輸入信號的頻譜圖,。由于變頻器可以達到很寬的頻率，例如30Hz-30GHz,，與外部混頻器配合,，可擴展到100GHz以上，頻譜分析儀是頻率覆蓋最寬的測量儀器之一,。
無論測量連續(xù)信號或調制信號,，頻譜分析儀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,，它只能測量頻率的幅度，缺少相位信息,，因此屬于標量儀器而不是矢量儀器,。
2,、現代頻譜分析儀
基于快速傅里葉變換(FFT)的現代頻譜分析儀，通過傅里葉運算將被測信號分解成分立的頻率分量,，達到與傳統(tǒng)頻譜分析儀同樣的結果,，。這種新型的頻譜分析儀采用數字方法直接由模擬/數字轉換器(ADC)對輸入信號取樣,，再經FFT處理后獲得頻譜分布圖,。
在這種頻譜分析儀中，為獲得良好的儀器線性度和高分辨率,，對信號進行數據采集時ADC的取樣率最少等于輸入信號最高頻率的兩倍,，亦即頻率上限是100MHz的實時頻譜分析儀需要ADC有200MS/S的取樣率。
目前半導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,，原理上儀器可達到2GHz的帶寬，為了擴展頻率上限,，可在ADC前端增加下變頻器,，本振采用數字調諧振蕩器。這種混合式的頻譜分析儀可擴展到幾GHz以下的頻段使用,。
FFT的性能用取樣點數和取樣率來表征,，例如用100KS/S的取樣率對輸入信號取樣1024點，則最高輸入頻率是50KHz和分辨率是50Hz,。如果取樣點數為2048點,，則分辨率提高到25Hz。由此可知,，最高輸人頻率取決于取樣率,，分辨率取決于取樣點數。
FFT運算時間與取樣,，點數成對數關系,，頻譜分析儀需要高頻率,、高分辨率和高速運算時,，要選用高速的FFT硬件，或者相應的數字信號處理器(DSP)芯片,。例如,，10MHz輸入頻率的1024點的運算時間80μs，而10KHz的1024點的運算時間變?yōu)?4ms,，1KHz的1024點的運算時間增加至640ms,。當運算時間超過200ms時，屏幕的反應變慢,，不適于眼睛的觀察,，補救辦法是減少取樣點數,，使運算時間降低至200ms以下。
3,、用FFT計算信號頻譜的算法
離散傅里葉變換X(k)可看成是z變換在單位圓上的等距離采樣值,，同樣，X(k)也可看作是序列付氏變換X(ejω)的采樣,，采樣間隔為ωN=2π/N
由此看出,，離散傅里葉變換實質上是其頻譜的離散頻域采樣，對頻率具有選擇性(ωk=2πk/N),，在這些點上反映了信號的頻譜,。
根據采樣定律，一個頻帶有限的信號,，可以對它進行時域采樣而不丟失任何信息,，FFT變換則說明對于時間有限的信號(有限長序列)，也可以對其進行頻域采樣,，而不丟失任何信息,。所以只要時間序列足夠長，采樣足夠密,，頻域采樣也就可較好地反映信號的頻譜趨勢,，所以FFT可以用以進行連續(xù)信號的頻譜分析
頻譜分析儀原理
頻譜分析儀系統(tǒng)主要的功能是在頻域里顯示輸入信號的頻譜特性，頻譜分析儀依信號處理方式的不同,，一般有兩種類型,，即時頻譜分析儀(Real-TimeSpectrumAnalyzer)與掃描調諧頻譜分析儀(Sweep-TunedSpectrumAnalyzer)。
即時頻率分析儀的功能為在同一瞬間顯示頻域的信號振幅,，其工作原理是針對不同的頻率信號而有相對應的濾波器與檢知器(Detector),，再經由同步的多工掃描器將信號傳送到CRT螢幕上，其優(yōu)點是能顯示周期性雜散波(PeriodicRandomWaves)的瞬間反應,，其缺點是價昂且性能受限於頻寬范圍,，濾波器的數目與最大的多工交換時間(SwitchingTime)。
常用的頻譜分析儀是掃描調諧頻譜分析儀,，其基本結構類似超外差式接收器,，工作原理是輸入信號經衰減器直接外加到混波器，可調變的本地振蕩器經與CRT同步的掃描產生器產生隨時間作線性變化的振蕩頻率,，經混波器與輸入信號混波降頻后的中頻信號(IF)再放大,，濾波與檢波傳送到CRT的垂直方向板，因此在CRT的縱軸顯示信號振幅與頻率的對應關系,。
影響信號反應的重要部份為濾波器頻寬,，濾波器之特性為高斯濾波器(Gaussian-ShapedFilter)，影響的功能就是量測時常見到的解析頻寬(RBW,，ResolutionBandwidth),。RBW代表兩個不同頻率的信號能夠被清楚的分辨出來的低頻寬差異,，兩個不同頻率的信號頻寬如低於頻譜分析儀的RBW，此時該兩信號將重疊,，難以分辨,。
較低的RBW固然有助於不同頻率信號的分辨與量測，但低的RBW將濾除較高頻率的信號成份,，導致信號顯示時產生失真,，失真值與設定的RBW密切相關，較高的RBW固然有助於寬頻帶信號的偵測,，將增加雜訊底層值(NoiseFloor),，降低量測靈敏度，對於偵測低強度的信號易產生阻礙,，因此適當的RBW寬度是正確使用頻譜分析儀重要的概念,。
