走進分析儀的殿堂(三)，細細品味頻譜分析儀發(fā)展歷程

分析儀的作用在于幫助我們對一些信號等進行測量、分析，由此可見分析儀的用處。前兩篇分析儀相關(guān)文章中，小編對功率分析儀有所介紹。為增進大家對分析儀的認識，本文將對頻譜分析儀以及頻譜分析儀的發(fā)展歷程予以闡述。如果你對分析儀具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、頻譜分析儀介紹

頻譜分析系統(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-Time Spectrum Analyzer)與掃描調(diào)諧頻譜分析儀(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer).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或液晶等顯示儀器上進行顯示，其優(yōu)點是能顯示周期性雜散波(Periodic Random Waves)的瞬間反應(yīng)，其缺點是價昂且性能受限于頻寬范圍，濾波器的數(shù)目與最大的多工交換時間(Switching Time).最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。較低的RBW固然有助於不同頻率信號的分辨與量測，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(Noise Floor)，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?shù)腞BW寬度是正確使用頻譜分析儀重要的概念。

一般維修者不使用，一是他的價格較高，二是操作較為復(fù)雜。需要配合信號發(fā)生器。但使用起來很方便的可以查找故障。

二、頻譜分析儀的發(fā)展歷程

1. 簡介

頻譜分析儀是對無線電信號進行測量的必備手段，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。

2. 傳統(tǒng)產(chǎn)品

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(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，因此屬于標量儀器而不是矢量儀器。

3. 現(xiàn)代產(chǎn)品

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。

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。

用FFT計算信號頻譜的算法

離散付里葉變換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，離散付里葉變換實質(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。

以上便是此次小編帶來的“分析儀”相關(guān)內(nèi)容，通過本文，希望大家對頻譜分析儀的發(fā)展歷程具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!