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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(shù),，并考察變化規(guī)律,，稱為頻譜分析,。運用傅里葉級數(shù)或傅里葉變換,，就能實現(xiàn)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(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,。
現(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,，具有存儲和運算功能;配置標(biāo)準(zhǔn)接口，就容易構(gòu)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(jìn)行測量的手段,，是從事電子產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn),、檢驗的常用工具,。因此，應(yīng)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(nèi)可調(diào)諧的接收機,，輸入信號經(jīng)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(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(diào)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(biāo)量儀器而不是矢量儀器。
2,、現(xiàn)代頻譜分析儀
基于快速傅里葉變換(FFT)的現(xiàn)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(dá)到與傳統(tǒng)頻譜分析儀同樣的結(jié)果,，,。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,。
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(jìn)行數(shù)據(jù)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(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,，為了擴展頻率上限，可在ADC前端增加下變頻器,，本振采用數(shù)字調(diào)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(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,，則最高輸入頻率是50KHz和分辨率是50Hz。如果取樣點數(shù)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(shù),。
FFT運算時間與取樣,，點數(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(dāng)運算時間超過200ms時，屏幕的反應(yīng)變慢,，不適于眼睛的觀察,，補救辦法是減少取樣點數(shù)，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(zhì)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(jù)采樣定律,，一個頻帶有限的信號,，可以對它進(jìn)行時域采樣而不丟失任何信息，F(xiàn)FT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(jìn)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(jìn)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(diào)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(yīng)的濾波器與檢知器(Detector)，再經(jīng)由同步的多工掃描器將信號傳送到CRT螢?zāi)簧?，其?yōu)點是能顯示周期性雜散波(PeriodicRandomWaves)的瞬間反應(yīng),，其缺點是價昂且性能受限於頻寬范圍，濾波器的數(shù)目與最大的多工交換時間(SwitchingTime),。
常用的頻譜分析儀是掃描調(diào)諧頻譜分析儀,，其基本結(jié)構(gòu)類似超外差式接收器，工作原理是輸入信號經(jīng)衰減器直接外加到混波器,，可調(diào)變的本地振蕩器經(jīng)與CRT同步的掃描產(chǎn)生器產(chǎn)生隨時間作線性變化的振蕩頻率,，經(jīng)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(yīng)關(guān)系,。
影響信號反應(yīng)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(dǎo)致信號顯示時產(chǎn)生失真,，失真值與設(shè)定的RBW密切相關(guān),，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(chǎn)生阻礙，因此適當(dāng)?shù)腞BW寬度是正確使用頻譜分析儀重要的概念,。
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