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頻譜分析儀的工作原理和用途

分類：技術(shù)中心 1745人瀏覽 2021-08-17

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；配置標準接口，就容易構(gòu)成自動測試系統(tǒng)。

頻譜分析儀的工作原理

1、模擬式頻譜儀

(1)并行濾波實時頻譜儀

并行濾波實時頻譜儀又稱為多通道濾波式頻譜分析儀，其組成框圖如下圖所示。信號同時加到通帶互相銜接的多個帶通濾波器中，各個頻率同時被檢波，經(jīng)電子開關(guān)輪流顯示在熒光屏上，實現(xiàn)實時測量。此種頻譜儀不僅能分析周期信號、隨機信號，還能分析瞬時信號。

(2)擋級濾波器式頻譜儀

擋級濾波器式頻譜儀又稱順序濾波式頻譜儀。與并行濾波實時頻譜儀不同，將電子開關(guān)加在檢波器前，減少了檢波器數(shù)量，濾波后信號經(jīng)公共檢波器檢波后，送至熒光屏，是一種非實時測量。

并行濾波實時頻譜儀、擋級濾波器式頻譜儀受濾波器數(shù)量及帶寬的限制，這類頻譜儀常用在等百分比帶寬的低頻頻譜儀中。

(3)外差式頻譜儀

外差式頻譜儀利用外差式接收機原理，將本機振蕩器產(chǎn)生的頻率可變的掃頻信號與被分析信號進行差頻，差頻所得固定中頻信號送入窄帶濾波器，由后級電路進行測量分析，由此依次獲得被測信號不同頻率分量的幅值信息。外差式頻譜儀組成框圖如下圖所示：

由于差頻頻率固定，且放大器的增益帶寬積是常數(shù)，所以窄帶中頻放大器可獲得很高的增益，因此外差式頻譜儀具有頻率范圍寬、靈敏度高、頻率分辨率可變的優(yōu)點，高頻頻譜儀幾乎全部采用外差式。

2、數(shù)字式頻譜儀

(1)數(shù)字濾波式實時頻譜儀

數(shù)字濾波式實時頻譜儀的組成框圖如下圖所示，僅用一個數(shù)字濾波器，即構(gòu)成與模擬式頻譜儀中并行濾波法等效的實時頻譜儀。由于數(shù)字濾波器性能優(yōu)越，可以實現(xiàn)頻分和時分復用，完成頻譜測量。同時數(shù)字濾波器輸出的是序列數(shù)字量，因而可以進行數(shù)字平方檢波和均方運算，大大提高了檢波精度和動態(tài)范圍。該方法受到數(shù)字器件資源的限制，無法設(shè)置足夠多的數(shù)字濾波器，從而無法實現(xiàn)高頻率分辨率和高掃頻寬度。

(2)快速傅里葉頻譜儀

快速傅里葉頻譜儀的組成框圖如下圖所示，其核心技術(shù)是傅里葉變換（FFT分析)，得到被分析信號的離散頻譜，再經(jīng)平方獲得功率譜。根據(jù)采樣定理：采樣速率應(yīng) 該大于或等于被采樣信號頻率的兩倍，故快速傅里葉頻譜儀的工作頻段一般在低頻范圍，己成為低頻頻譜分析的主要方法。

(3)數(shù)字外差式頻譜儀

數(shù)字外差式頻譜儀融合了外差掃描、數(shù)字信號處理及實時分析技術(shù)，利用數(shù)字可編程器件實現(xiàn)模擬外差式頻譜儀中的各模塊。輸入信號經(jīng)過高速 A/D轉(zhuǎn)換送入處理器，在硬件乘法器內(nèi)與數(shù)字熒光示波器產(chǎn)生的本振掃頻信號混頻，變頻后信號分別進入低通數(shù)字濾波器，提取濾波后的信號幅值，結(jié)合當前頻率，在顯示器上顯示信號頻譜。

相比模擬外差式頻譜儀，數(shù)字外差式頻譜儀不僅測量速度快，還能對頻譜信號實現(xiàn)存儲和分析。相比傅里葉頻譜儀和數(shù)字濾波式頻譜儀，數(shù)字外差式頻譜儀只使用一個固定截止頻率的低通濾波器，節(jié)省資源，同時省去大容量的存儲器，在保證系統(tǒng)精度的前提下，提高了系統(tǒng)集成度。

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