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。

從事通信工程的技術(shù)人員，在很多時候需要對信號進行分析，針對不同觀察域，分別用示波器、頻譜分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀觀察信號。

示波器只能觀察信號的幅度、周期和頻率; 但頻譜分析儀還可以分析信號的頻率分布信息、頻率、功率、諧波、雜波、噪聲、干擾和失真，而矢量分析儀可以在頻譜分析儀基礎(chǔ)上分析數(shù)字調(diào)制信號調(diào)制質(zhì)量。

早期的信號觀察，主要依賴示波器在時域內(nèi)觀察信號。傅立葉變換告訴我們：任何時域內(nèi)電信號都是由一個或多個不同頻率、不同幅度和不同相位的正弦波組成的，但應(yīng)用示波器無法觀察到頻域內(nèi)信息，只能在時域內(nèi)觀察。應(yīng)用頻域測量，就能以頻譜的形式顯示出每個正弦波的幅度隨頻率變化的情況。

下圖是信號在時域和頻域內(nèi)觀察的結(jié)果，由此可以清楚看出信號在頻域觀察的必要性。時域得到的是信號的波形信息，不能測量混合信號，如果存在干擾或失真信號，在時域上無法區(qū)分有用信號和無用信號。在頻域上可以準確地測量有用信號和無用信號的各種參數(shù)。

時域分析：信號周期，相位分析，邊沿測試，峰值電壓多信號對比

頻域分析：信號頻率，諧波分量，信號功率，雜波、噪聲，電磁干擾EMI

一、頻譜分析儀的類型

頻譜分析儀可以分為兩類。模擬和數(shù)字。

1、模擬頻譜分析儀

模擬頻譜分析儀使用超外差原理。它們也稱為掃頻分析儀。如框圖所示，分析儀將具有不同的水平和垂直掃描電路。為了以分貝為單位顯示輸出，在水平掃描電路之前還使用了對數(shù)放大器。還提供視頻過濾器以過濾視頻內(nèi)容。使用斜坡發(fā)生器可以在顯示屏上為每個頻率提供一個唯一的位置，通過它可以顯示頻率響應(yīng)。

2、數(shù)字頻譜分析儀

數(shù)字頻譜分析儀由快速傅里葉變換(FFT)塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)塊組成，以將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。由框圖表示

3、數(shù)字頻譜分析儀

如框圖所示，信號被饋送到衰減器，該衰減器使信號的電平衰減，然后饋入LPF以消除紋波含量。然后，信號被饋送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，后者將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字域。數(shù)字信號被饋送到FFT分析儀，后者將信號轉(zhuǎn)換為頻域。它有助于測量信號的頻譜。最后，使用CRO進行顯示。

二、分析儀的優(yōu)缺點

它具有許多優(yōu)點，因為它可以測量射頻范圍內(nèi)信號中的頻譜量。它還提供了許多測量。唯一的缺點是它的成本，與常規(guī)的傳統(tǒng)儀表相比，它的成本更高。

R&S?FSVR實時頻譜分析儀

三、分析儀測量的變量

根本上用于測試目的的頻譜分析儀可用于測量各種變量。所有這些測量都是在射頻級別上進行的。使用頻譜分析儀經(jīng)常測量的是：

?信號電平–可以使用頻譜分析儀測量基于頻域的信號幅度。

?相位噪聲–由于在頻域上進行測量并測量頻譜含量，因此可以輕松測量相位噪聲。它在陰極射線示波器的輸出中表現(xiàn)為波紋。

?諧波失真–這是確定信號質(zhì)量的主要因素。基于諧波失真，可以計算總諧波失真(THD)以評估信號的電能質(zhì)量。信號必須避免下垂和隆起。降低諧波失真水平甚至對于避免不必要的損失非常重要。

?互調(diào)失真–調(diào)制信號時，會在中間電平上基于幅度(振幅調(diào)制)或頻率(頻率調(diào)制)引起失真。必須避免這種失真，以得到已處理的信號。為此，頻譜分析儀用于測量互調(diào)失真。一旦使用外部電路降低了失真，就可以處理信號。

?雜散信號–這些是不需要檢測和消除的有害信號。這些信號無法直接測量。它們是未知信號，需要進行測量。

?信號頻率–這也是要評估的重要因素。由于我們在射頻級別使用了該分析儀，因此頻段非常高，因此測量每個信號的頻率內(nèi)容變得很重要。對于此頻譜，專門使用分析儀。

?頻譜模板–頻譜分析儀還有助于分析頻譜模板。

審核編輯黃宇