频谱分析仪和信号分析仪的区别

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频谱分析仪知识概述

频谱分析仪知识

一、概述

（一）用途

频谱分析仪是频域测试领域使用最广泛的一类仪器，可以测量连续波、脉冲及调制等多种信号的频谱，可以测试信号的频率、功率、带宽、调制等参数，增加选件可以进行相位噪声、噪声系数、信道功率、矢量信号、网络参数、故障定位、电磁兼容等测试分析，广泛应用于通信、雷达、导航、频谱管理、信号监测、信息安全等测试领域，还可以用于电子元器件、部件和设备的科研、生产、测试、试验以及计量等。

（二）分类与特点

频谱分析仪按其工作原理可分为非实时频谱分析仪和实时频谱分析仪两大类。

●非实时频谱分析仪特点

非实时频谱分析仪按工作原理分为扫描调谐型、超外差型等，它们首先对输入信号按时间顺序进行扫描式调谐变频，然后对变频后的信号进行中频滤波、包络检波、视频滤波等处理，最终得到信号的频谱信息。这种扫描式频谱分析仪在某一瞬间只能“观看”一个频率，逐次“观看”待测信号的全部频率范围，因此，它们只能分析在规定时间内频谱几乎不变化的周期重复信号。但是，扫本振型超外差式频谱分析仪具有频率范围宽、选择性好、灵敏度高、动态范围大等多项优点，是目前用途最广泛的一类频谱分析仪。

●实时频谱分析仪特点

实时频谱分析仪通过FFT变换，能同时观测显示其规定频率范围内所有频率分量，而且保持了两个信号间的时间关系（相位关系），使得它不仅能分析周期信号、随机信号，而且能分析瞬时信号和猝发信号。实时触发、无缝捕获和多域分析是实时频谱分析仪的几个主要特点。实时频谱分析仪可以很好地解决现代雷达和通信系统中出现的脉冲压缩、捷变频、直扩、跳频、码分多址和自适应调制等各种复杂信号的测试需求。

信号完整性常用的三种测试方法

信号完整性是指在传输过程中信号能够保持原始形态和准确性的程度。在现代高速通信和数字系统中，信号完整性测试是非常重要的工作，它能

够帮助工程师评估信号的稳定性、确定系统的极限速率并发现信号失真的

原因。下面将介绍三种常用的信号完整性测试方法。

一、时域方法

时域方法是信号完整性测试中最常见和最直观的方法之一、它通过观

察信号在时间轴上的波形变化来评估信号的完整性。时域方法可以检测和

分析许多类型的信号失真，如峰值抖动、时钟漂移、时钟分布、幅度失真等。

时域方法的测试设备通常包括示波器和时域反射仪。示波器可以显示

信号的波形和振幅，通过观察波形的形状和幅度变化来判断信号完整性。

时域反射仪可以测量信号在传输线上的反射程度，从而评估传输线的特性

阻抗和匹配度。

二、频域方法

频域方法是另一种常用的信号完整性测试方法。它通过将信号转换为

频域表示，分析信号的频谱分布和频率响应来评估信号完整性。频域方法

可以检测和分析信号的频谱泄漏、频谱扩展、频率失真等。

频域方法的测试设备通常包括频谱分析仪和网络分析仪。频谱分析仪

可以显示信号的频谱图和功率谱密度，通过观察频谱的形状和峰值来评估

信号完整性。网络分析仪可以测量信号在不同频率下的响应和传输损耗，

从而评估传输线的频率响应和衰减特性。

三、眼图方法

眼图方法是一种特殊的信号完整性测试方法，它通过综合时域和频域

信息来评估信号的完整性。眼图是一种二维显示，用于观察信号在传输过

程中的失真情况。眼图可以提供信号的时钟抖动、峰值抖动、眼宽、眼深、眼高等指标。

眼图方法的测试设备通常包括高速数字示波器和信号发生器。高速数

频谱分析仪和信号分析仪的区别

在实验室和车间最常用的信号测试仪器是电子示波器。人的思维对时间概念比较敏感,每时每刻都与时域事件发生联系,但是信号往往以频率形式出现,用示波器观察最简单的调幅载波信号也不方便,往往显示载波时看不清调制仪,屏幕上获得的是三条谱线,即载频和在载频左右的调制频。调制方式越复杂,电子示波器越难显示,频谱分析器的表达能力强,频谱分析仪是名副其实的频域仪器的代表。沟通时间一频率的数字表达方法就是傅里叶变换,它把时间信号分解成正弦和余弦曲线的叠加,完成信号由时间域转换到频率域的过程。

早期的频谱分析仪实质上是一台扫频接收机,输入信号与本地振荡信号在混频器变频后,经过一组并联的不同中心频率的带通滤波器,使输入信号显示在一组带通滤波器限定的频率轴上。显然,由于带通滤波器由无源元件构成,频谱分析器整体上显得很笨重,而且频率分辨率不高。既然傅里叶变换可把输入信号分解成分立的频率分量,同样可起着滤波器类似的作用,借助快速傅里叶变换电路代替低通滤波器,使频谱分析仪的构成简化,分辨率增高,测量时间缩短,扫频范围扩大,这就是现代频谱分析仪的优点了。

矢量信号分析仪是在预定,频率范围内自动测量电路增益与相应的仪器,它有内部的扫频频率源或可控制的外部信号源。其功能是测量对输入该扫频信号的被测电路的增益与相位,因而它的电路结构与频谱分析仪相似。频谱分析仪需要测量未知的和任意的输入频率,矢量信号分析仪则只测量自身的或受控的已知频率;频谱分析仪只测量输入信号的幅度(标量仪器),矢量信号分析仪则测量输入信号的幅度和相位(矢量仪器)。由此可见,矢量信号分析仪的电路结构比频谱分析仪复杂,价位也较高。现代的矢量信号分析仪也采用快速傅里叶变换,以下介绍它们的异同。

频谱分析仪与其它仪器的区别

就场强仪来说，它与天线关系非常密切，如果要求一定的测量精度，那么

从式(1)就知，它直接与天线增益Ga有关，再则是天线的工作频率范

围有关，这是最起码的要求，因此不能说随便找一根天线接在电平表上就行了。故在实践中，这种天线称之为测试天线，它有严格技术指标，如频率范围，天

线增益以及阻抗、驻波比、前后比等等。为适应它的频率范围其形状大有区别，有鞭壮天线，半波振子天线，对数周期天线，环行天线等。要求高的测试天线，价格也相当高，如日本安立的测试天线大概是主机的1/4。以前场强

仪总是将天线配套供给，即是说一台场强仪必然是主机(电平表)配天线。随着

电子技术和电子测量技术的发展，特别是20世纪80年代以来，频谱分析仪大量使用，单一的场强仪就越来越少了，甚至单一的电平表也都越来越少了(除非专业性很强的用途)，因为它的功能可以用频谱仪代理替。从原理上来说频谱仪、电平表、场强仪(主机)基本原理方框是一样的。频谱仪本身就是测量频谱范围

内的信号电平，如果用零跨导则就是一个选频电平表。如果加上标准测试天线

在频谱仪上不就是可测量场强了吗！比较好的频谱仪，它可以将天线系数存在

机内，使用时直接显示场强数值μV/m。如安捷伦公司、安立公司频谱仪大

都有天线系数存储功能。就日本安立公司而言，80年代生产的场强仪ML518、HM650、MH649销量较大，中国也买不少，80年代末生产的

ML521/214系列的场强仪销量显著下降，因为它与此同时生产了频谱分析仪

MS610、MS2601等，而场强仪、频谱仪都可用同样的天线

什么是频谱分析仪,频谱分析仪的工作原理是什么,频谱分析仪怎样使用？

什么是频谱分析仪，频谱分析仪的工作原理是什么，频谱分析仪怎样使用？

什么是频谱分析仪？频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，能分析1赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。仪器内部若采用数字电路和微处理器，具有存储和运算功能；配置标准接口，就容易构成自动测试系统。

频谱分析仪的工作原理以及应用方面推广：频谱分析仪的组成及工作原理图1所示为扫频调谐超外差频谱分析仪组成框图。输入信号经衰减器以限制信号幅度，经低通输入滤波器滤除不需的频率，然后经混频器与本振（LO）信号混频将输入信号转换到中频（IF）。LO 的频率由扫频发生器控制。随着LO频率的改变，混频器的输出信号（它包括两个原始信号，它们的和、差及谐波，）由分辨力带宽滤波器滤出本振比输入信号高的中频，并以对数标度放大或压缩。然后用检波器对通过IF滤波器的信号进行整流，从而得到驱动显示垂直部分的直流电压。随着扫频发生器扫过某一频率范围，屏幕上就会画出一条迹线。该迹线示出了输入信号在所显示频率范围内的频率成分。

频谱仪各部分作用及显示信号分析输入衰减器：保证频谱仪在宽频范围内保持良好匹配特性，以减小失配误差;保护混频器及其它中频处理电路，防止部件损坏和产生过大的非线性失真。

频谱分析仪和信号分析仪有什么区别呢

频谱分析仪：测量在仪器的整个频率范围内输入信号幅度随频率进行变化的情况。其最主要的用途是测量已知和未知信号的频谱功率。可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。

信号分析仪：它一方面集成了频谱分析仪的功能，另一方面测量在仪器的中频带宽内输入信号在单一频率上的幅度和相位。测量信号更加丰富如振动信号、声学信号等。

频谱分析仪和信号分析仪这两个术语多数情况下可以相互使用。但用信号分析仪描述更贴切，可进行更全面的频域、时域和调制域信号分析。

我们通过比较两款典型的频谱分析仪和信号分析仪来更深入对定义的理解。

安捷伦Agilent35670a是一种有二通道或四通道（选件AY6）的FFT类型频谱分析仪。这种标准仪器可在直流至100KHz左右的范围内进行频谱、网络、时域及幅度域测量。

晶钻仪器CoCo-80X是新一代手持一体化的动态信号分析仪与数据采集仪。四至八个通道数，最高150dB的动态范围，102.4kHz的采样率，进行各类频谱分析、结构分析、倍频程分析与声级计、旋转机械阶次跟踪等。另外，它支持多种语言动态切换，有英语、中文、日文、法语和西班牙语。

从上面两款仪器比较我们可以了解，外观上台式频谱分析仪有20Kg，而手持式动态信号分析仪只有2Kg。信号分析仪从可操作性、便携性、功能上都具有明细的优越性。功能上来说，频谱分析仪主要对FFT频谱信息分析，起到信号调节的功能。而动态信号分析仪除了继承频谱分析功能外，增加了振动结构分析、声学分析、转子动力学分析等功能，这些功能都是在频谱分析功能基础上增加的分析功能。

频谱分析仪基础知识

一、频谱分析仪概述

频谱分析仪是一种用于测量信号频率和功率的仪器。它可以将输入信号转换为频率谱，以图形方式显示信号的频率成分。频谱分析仪广泛应用于电子、通信、雷达、声音和医疗等领域。

二、频谱分析仪工作原理

频谱分析仪的工作原理是将输入信号通过混频器与本振信号进行混频，得到中频信号，再经过中频放大器放大后送入检波器进行解调，最后通过显示器将频率谱显示出来。

三、频谱分析仪主要技术指标

1、频率范围：指频谱分析仪能够测量的频率范围。

2、分辨率带宽：指能够分辨出的最小频率间隔。

3、扫描时间：指从低频到高频一次扫描所需的时间。

4、灵敏度：指能够检测到的最小信号幅度。

5、非线性失真：指由于仪器内部非线性元件所引起的信号失真。

6、动态范围：指能够同时测量到的最大和最小信号幅度。

7、抗干扰能力：指仪器对外部干扰信号的抵抗能力。

四、频谱分析仪使用注意事项

1、使用前应检查仪器是否正常，如发现异常应立即停止使用。

2、避免在强电磁场中使用，以免影响测量结果。

3、使用过程中应注意避免信号源与仪器之间的干扰。

4、使用完毕后应关闭仪器，并妥善保管。

五、总结

频谱分析仪是电子、通信等领域中非常重要的测量仪器之一。它可以将输入信号转换为频率谱，以图形方式显示信号的频率成分。在使用频谱分析仪时，应注意检查仪器是否正常、避免在强电磁场中使用、避免信号源与仪器之间的干扰以及使用完毕后应关闭仪器等事项。了解频谱分析仪的工作原理及主要技术指标，对于正确使用它进行测量和调试具有重要意义。

随着科技的快速发展，频谱分析在电子、通信、航空航天等领域的应

你知道频谱分析仪和信号分析仪的区别吗？

对于频谱分析和电磁干扰测量来说,频谱分析仪是常用的设备。因为具有大于100dB的动态范围、低于-110dBc/Hz的噪声、1Hz-100Hz的带宽、50GHz以上的频率范围,因此能够接收到极微弱的信号和辨别出两个幅度相差很大的信号。频谱分析仪的缺点是只能显示频率重量的幅值,而不能获得信号的相位。对于某些通信元器件和通信链路,幅值和相位必需能够同时测量出来,前者如和振荡器,后者是第一代至第三代的移动通信。前面曾提及,为了扩大基于FFT的频谱分析仪的频率范围,可在前端增强下变频器。同样原理可用于矢量信号分析仪,它是传统频谱分析仪与F阿分析仪的结合,从而获得在高频和频率下的FFT分析能力,同时显示幅度和相位信息。对于现代通信的数字调制分析,以及调幅/调频/调相的解调都是十分有效的手段。频谱分析仪的变频前端扩展仪器到GHz的频段,经变频后的输入信号频率变成适于FFT处理的频段,电路中的滤波器与频谱分析仪的滤波器不同,这里的滤波器不是挑选性的,是为了防止ADC变换过程产生的信号混叠,即变换过程中浮现的虚假信号。ADC的输出分成两路,获得同相和正交信号,经DSP作时光—频率的FFT运算后由显示屏获得频谱的幅度和相位。目前仪器公司供给的矢量信号分析仪的频率范围可达3GHz,测量对象是复杂的移动通信常用频段的调制信号,如GSM、CDMA的基带特性和载波特性。矢量信号分析仪的测量模式有:标量、矢量、数字解调和门控测量。触发可由基带输人信号或由中频信号调整,包括触发电平和相位。扫频方式有单次和延续,对测量数据可多次平均,并用有效值(RMS)、峰值保持和指数坐标指示。一种新型的矢量信号分析仪的重要特性是:频率范围—

频谱分析仪的原理和应用

一、频谱分析仪的原理

频谱分析仪是一种用于分析信号频谱的仪器。它基于傅里叶变换的原理，将时域信号转换为频域信号，从而可以对信号的频谱特性进行分析。频谱分析仪的主要原理如下：

1.傅里叶变换：傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的数学

方法。频谱分析仪通过对信号进行傅里叶变换，可以将信号分解成不同频率的成分，从而得到信号的频谱图。

2.FFT算法：快速傅里叶变换（FFT）是一种高效计算离散傅里叶变换

的算法。频谱分析仪通常使用FFT算法对信号进行频谱分析，以实现实时的频谱显示和分析。

3.功率谱密度：频谱分析仪通过计算信号功率谱密度，可以得到不同

频率下的信号功率分布情况。功率谱密度可以反映信号的频谱特性，包括频率分量的强度、分布和峰值等信息。

4.窗函数：为了减少频谱泄漏和谱分辨率损失，频谱分析仪通常使用

窗函数对信号进行加窗处理。常用的窗函数有矩形窗、汉宁窗、汉明窗等，不同窗函数会对频谱的主瓣宽度和副瓣衰减等产生影响。

二、频谱分析仪的应用

频谱分析仪在科学研究、工程领域和日常生活中具有广泛的应用。下面列举了一些常见的应用场景：

1. 无线通信

•频率分配：频谱分析仪可以用于无线通信系统中的频率规划和频段分配。通过分析不同频段的使用情况，可以避免频谱的重叠和冲突，提高通信系统的传输效率和可靠性。

•信道测量：频谱分析仪可以对无线信道进行测量和分析，了解信道的传输特性和衰减情况。这对于优化信号传输、调整天线方向和减少干扰都是非常重要的。

2. 电子设备测试

•信号分析：频谱分析仪可以用于对电子设备的输入和输出信号进行分析。通过分析信号的频谱特性，可以检测设备是否存在频率误差、频率扭曲和幅度失真等问题。

电子电路的常用测试与调试方法

电子电路是现代科技的基础，其正常运行对各种电子设备的可靠性和性能起着至关重要的作用。为了保证电子电路的正常工作，我们需要进行测试和调试。本文将介绍电子电路的常用测试和调试方法，并分步骤详细介绍。

一、常用测试方法

1. 电压测试：使用万用表或示波器测量电路中的各个节点的电压，以确保其在正常范围内。测试时需要保证设备的电源电压稳定，将测试笔正确插入电路节点并选择合适的量程。

2. 电流测试：使用电流表或示波器测量电路中的电流流动情况。测试时需要将电流表直接连接在电路的通路上，选择合适的量程以避免过载损坏测试仪器。

3. 频率测试：使用频率计或示波器测量电路中的信号频率。测试时需要将频率计或示波器的探头正确接触到电路上，选择合适的量程和耦合方式以获取准确的频率值。

4. 信号测试：使用示波器测量电路中的信号波形。测试时需要将示波器的探头正确接触到电路上，选择合适的量程和耦合方式以观察波形的形状和幅值。

5. 故障测试：通过对电路中各个部件和连接处进行逐个排查，使用测试仪器进行测量和比较，以确定问题所在。故障测试需要有一定的电子电路知识和经验。

二、调试方法

1. 逻辑分析器：使用逻辑分析仪对数字电路进行调试，可以观察和分析信号的时序关系。调试时需要根据电路的工作原理和信号波形来判断问题所在，并根据需要修改电路设计。

2. 频谱分析仪：使用频谱分析仪对混叠等问题进行调试，可以观察信号的频谱

分布情况。调试时需要将频谱分析仪与电路正确连接，并根据频谱分布情况来判断和解决问题。

3. 示波器：使用示波器对模拟电路进行调试，可以观察信号波形和电路的动态

常用测试仪表使用介绍(频谱仪,信号发生器,网络分析

forward reverse
Full 2-port open short load done open short load done
reflection (S11 1-port and S22 1-port ) transmission isolation 如上述步骤所示，首先设置好频率和功率，然后可以进行校准。 S11 1-port 校准可以测试1端口驻波，S22 1-port 校准可
occupied
频谱仪重要参数 1、分辨带宽 RBW (resolution bandwidth) 在频谱分析仪中，频率分辨率是一个非常重要的概念，它是由中频滤波器的带宽所确定的，这个带宽决定了仪器的分辨带宽。RBW代表兩個不同頻率的信號能夠被清楚的分辨出來的最低頻寬差異，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，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(Noise Floor)，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。
3、各种参数的设置说明
RBW VBW SPAN SWEEP TIME 长小 0 小大更清楚的观察信号让显示的值不抖动，滤除噪声观察时域信号观察幅度小的信号，因为噪底也小观察CDMA宽带信号

频谱分析仪的原理与应用

1. 什么是频谱分析仪？

频谱分析仪是一种用于测量和分析信号频谱的仪器。它能够将一个复杂的信号分解成不同频率分量，并显示出这些频率分量的幅度和相位信息。频谱分析仪被广泛应用于无线通信、音频处理、电力系统等领域，主要用于故障诊断、信号质量评估和频谱监测等方面。

2. 频谱分析仪的工作原理

频谱分析仪的工作原理基于信号的傅立叶变换。傅立叶变换是将一个时域信号转换为频域信号的数学技术。频谱分析仪通过对输入信号进行采样，然后使用快速傅立叶变换（FFT）算法将时域信号转换为频域信号。FFT算法能够高效地计算出信号的频谱信息。

3. 频谱分析仪的应用

频谱分析仪在各种领域中都有重要的应用，下面列举了一些常见的应用场景：

3.1 无线通信

在无线通信中，频谱分析仪用于信号质量评估和频谱监测。它能够帮助工程师检测和解决信号干扰问题，提高通信系统的性能和可靠性。

3.2 音频处理

频谱分析仪在音频处理领域中也有广泛的应用。它可以帮助音频工程师分析音频信号的频谱特性，对音频进行均衡处理、降噪处理等，提高音频的质量。

3.3 电力系统

频谱分析仪在电力系统中用于故障诊断和监测电力质量。它可以检测和分析电力系统中的谐波、干扰等问题，提供电力系统运行的安全保障。

3.4 振动分析

在机械领域，频谱分析仪可用于振动分析。通过监测和分析机械设备的振动信号，可以判断设备的工作状态、故障原因等，以便进行维护和修理。

3.5 科学研究

频谱分析仪在科学研究中也扮演着重要的角色。比如在天文学中，频谱分析仪用于研究星体的辐射能谱，从而推断星体的性质和演化过程。

频谱分析仪的工作原理

频谱分析仪是一种用于测量信号频谱特性的仪器。它能够将一个信号分解成不同频率成分，并显示在频谱图上。

频谱分析仪的工作原理基于傅里叶变换。傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的数学方法。在频谱分析仪中，输入信号首先经过一个采样器进行采样，将模拟信号转换为数字信号。然后，采样得到的数字信号进一步经过一个高速数字转换器（ADC）进行模数转换。

接下来，数字信号被送入快速傅里叶变换（FFT）算法。FFT 算法能够将时域信号转换为频域信号，并计算出信号的频谱信息。这些频谱数据随后被传输到显示器或计算机上，以产生频谱图。

频谱图是频谱分析仪显示的主要结果。它将信号的频率表示为水平轴，将信号在每个频率上的能量表示为垂直轴。频谱图能够清晰地显示信号的频率分布情况，包括频谱的峰值、宽度和相对大小等特征。

频谱分析仪在许多领域中得到广泛应用，如无线通信、音频处理、振动分析和故障诊断等。通过对信号频谱的测量和分析，频谱分析仪能够帮助工程师和科研人员了解信号的特性，并进行相应的信号处理和优化。

频谱分析仪的分类

频谱分析仪是一种常用的电子测试仪器，主要用于测量信号的频谱特性。它可

帮助工程师对电路、通信系统、音频和视频信号进行测试和调试。频谱分析仪按照使用场景、功能和技术原理等多个方面进行分类。本文将介绍常见的几种频谱分析仪分类。

按照使用场景分类

实时频谱分析仪

实时频谱分析仪（RTSA）可在非常短的时间内捕捉宽带的信号，并以高速率提供精细的频谱分析。这种频谱分析仪可帮助验证无线系统的正确性，检测干扰源和跟踪无线信号。实时频谱分析仪通常具有非常高的样本率，以及长时间的连续测量。

扫描频谱分析仪

扫描频谱分析仪（SSA）是一种经典频谱分析仪，其设计主要是为了展示和分

析频谱的性质。扫描频谱分析仪具有简单的用户界面和操作方法，通过扫描整个频率范围来获得信号频谱分量的幅度和相位信息。它适用于测量信号的谐波、噪声和杂散分量等。

矢量网络分析仪

矢量网络分析仪（VNA）主要是用于测量高频电路中的S参数或Y参数，包括

接口的反射和传输特性。VNA能够测量散射参数并计算出网络的各种特性，如阻抗、VSWR，以及信号的传输损耗和反射损耗等。

按照技术原理分类

超外差频谱分析仪

超外差频谱分析仪（HSA）利用了构成频带混频器的倍频机理，可以扩大波特

率和测量范围。它具有很高的灵敏度和分辨率，经常用于射频和微波频段的测量。该技术可以实现频谱观察和多轨道记录。

混频频谱分析仪

混频频谱分析仪（PSA）涉及到复杂的运算和调制，但相对于常规输入电路而言，其频率响应曲线更加平坦。PSA使用小型的混频器在下变频之前将输入信号变成低频信号，该技术相对于其他频谱测量技术而言，可提供更高的精度和分辨率。

频谱分析仪的工作原理

频谱分析仪是一种用于测量信号频谱特性的仪器，它可以将信号的频谱特性以图形的形式显示出来，从而帮助工程师分析和处理信号。频谱分析仪的工作原理主要包括信号输入、信号处理和频谱显示三个部分。

首先，信号输入部分。当被测信号进入频谱分析仪时，首先经过输入端口，然后经过放大器放大信号，接着进入混频器进行频率变换，将高频信号转换为中频信号，这样可以减小后续处理电路的带宽要求。

其次，信号处理部分。经过混频器转换后的中频信号进入滤波器，滤波器可以滤除杂散信号，使得信号更加纯净。接着，中频信号进入检波器，检波器可以将信号转换为直流信号，然后进入解调器，解调器可以对信号进行解调处理，最终得到被测信号的频谱特性数据。

最后，频谱显示部分。经过信号处理后得到的频谱特性数据通过微处理器进行数字信号处理，然后送入显示器进行显示。显示器可以将频谱特性以图形的形式直观地显示出来，包括频谱图、频谱密度图等，工程师可以通过观察这些图形来分析信号的频谱特性。

总的来说，频谱分析仪的工作原理是通过信号输入、信号处理和频谱显示三个部分相互配合，将被测信号的频谱特性以图形的形式显示出来，从而帮助工程师分析和处理信号。通过频谱分析仪，工程师可以了解信号的频谱分布、频谱密度、谐波情况等重要特性，为信号处理和系统优化提供重要参考。

频谱分析仪和网络分析仪对比

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频谱分析议和FFT颁谱分析议

传统的频谱分析仪的电路是在一定带宽内可调谐的接收机,输入信号经下变频后由低通滤器输出,滤波输出作为垂直分量,频率作为水平分量,在示波器屏幕上绘出坐标图,就是输入信号的频谱图。由于变频器可以达到很宽的频率,例如30Hz-30GHz,与外部混频器配合,可扩展到100GHz以上,频谱分析仪是频率覆盖最宽的测量仪器之一。无论测量连续信号或调制信号,频谱分析仪都是很理想的测量工具。

但是,传统的频谱分析仪也有明显的缺点,首先,它只适于测量稳态信号,不适宜测量瞬态事件;第二,它只能测量频率的幅度,缺少相位信息,因此属于标量仪器而不是矢量仪器;第三,它需要多种低频带通滤波器,获得的测量结果要花费较长的时间,因此被视为非实时仪器。

既然通过傅里叶运算可以将被测信号分解成分立的频率分量,达到与传统频谱分析仪同样的结果,出现基于快速傅里叶变换(F盯)的频谱分析仪。这种新型的频谱分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器(ADC)对输入信号取样,再经FFT处理后获得频谱分布图。据此可知,这种频谱分析仪亦称为实时频谱分析仪,它的频率范围受到ADC采集速率和FFT运算速度的限制。

为获得良好的仪器线,性度和高分辨率,对信号进行数据采集的ADC需要12位-16位的分辨率,按取样原理可知,ADC的取样率最少等于输入信号最高频率的两倍,亦即频率上限是100MHz的实时频谱分析仪需要ADC有200MS/S的取样率。

目前半导体工艺水平可制成分辨率8位和取样率4GS/S的ADC或者分辨率12位和取样率800MS/S的ADC,亦即,原理上仪器可达到2GHz的带宽,此时垂直分辨率只有8位(256级),显然8位分辨率过低,因此,实时频谱分析仪适用于制MHz带宽以下的频段,此时具有12位(物96级)以上的分辨率。为了扩展频率上限,可在ADC前端增加下变频器,本振采用直接数字事成的振荡器,这种混合式的频谱分析仪适合在几GHz以下的频段使用。

FFT的性能用取样点数和取样率来表征,例如用100KS/S的取样率对输入信号取样1024点,则最高输入频率是50KHz和分辨率是50Hz。如果取样点数为2048点,则分辨率提高到25Hz。由此可知,最高输人频率取决于取样率,分辨率取决于取样点数。FFT运算时间与取样,点数成对数关系,频谱分析仪需要高频率、高分辨率和高速运算时,要选用高速的FFT硬件,或者相应的数字信号处理器(DSP)芯片。例如,10MHz输入频率的1024点的运算时间80μs,而10KHz的1024点的运算时间变为64ms,1KHz的1024点的运算时间增加至640ms。当运算时间超过200ms时,屏幕的反应变慢,不适于眼睛的观察,补救办法是减少取样点数,使运算时间降低至200ms以下。

矢量网络分析仪

对于频谱分析和电磁干扰测量来说,频谱分析仪是通信测量仪器中常用的设备,由于具有大于1∞dB的动态范围、低于-110dBc/Hz的噪声、1Hz-100Hz的带宽、50GHz以上的频率范围,能够接收到极微弱的信号和分辨出两个幅度相差很大的信号。频谱分析仪的缺点是只能显示频率分量的幅值,而不能获得信号的相位。对于某些通信元器件和通信链路,幅值和相位必须能够同时测量出来,前者如放大器和振荡器,后者是第一代至第三代的移动通信。

前面曾提及,为了扩大基于FFT的频谱分析仪的频率范围,可在前端增加下变频器。同样原理可用于矢量信号分析仪,它是传统频谱分析仪与F阿分析仪的结合,从而获得在高频和射频频率下的FFT分析能力,同时显示幅度和相位信息。对于现代通信的数字调制分析,以及调幅/调频/调相的解调都是非常有效的手段。

频谱分析仪的变频前端扩展仪器到GHz的频段,经变频后的输入信号频率变成适于FFr处理的频段,电路中的滤波器与频谱分析仪的滤波器不同,这里的滤波器不是选择性的,而防止ADC变换过程产生的信号混叠,即变换过程中出现的虚假信号。ADC的输出分成两路,获得同相和正交信号,经DSP作时间一频率的F 町运算后由显示屏获得频谱的幅度和相位。

目前仪器公司供应的矢量信号分析器的频率范围可达3GHz,测量对象是复杂的移动通信常用频段的调制信号,如GSM、CDMA的基带特性和载波特性。矢量信号分析仪的测量模式有:标量、矢量、数字解调和门控测量。触发可由基带输人信号或由中频信号调节,包括触发电平和相位。扫频方式有单次和连续,对测量数据可多次平均,并用有效值(RMS)、峰值保持和指数坐标指示。

一种新型的矢量信号分析器的重要特性是:频率范围—DC~2.7GHz;基带带宽—40MHz;中频带宽—36MHz;率分辨率—0.001Hz时基准确度—0.2ppm/年;相位

噪声—97dBc/Hz(载波偏移100Hz),-122dBc/Hz(载波偏移1khz)幅度范围

45~+20dBm；幅度准确度—±2dB;三阶互调失真—70dB。应用领域是卫星通信、扩频跳频通信、点到点通信、以及频率监控和搜索。以移动通信的码分多址(CDMA)来说,利用配套的分析软件,可以获得:

·发射机的平均载波功率

·功率随时间的变化

·相位和频率误差

·邻近信道功率比

·伪随机噪声序列的调制精度

·近距离寄发生发射频率

·频谱测量和波形测量

在无线基站或移动电话的产品开发和产品检验中,矢量信号分析仪可按多种工业标准,对GSM、CDMA等的发射机和手机进行严格的精度和动态范围测量。在CDMA等通信产品生产中,只利用连续测量是不够的,利用数字调制信号可方便地测出输出功率和失真等重要参数。

矢量信号分析仪采用Windows平台,容易通过外接微机进行数据处理和交换,Windows平台便于性能升级和利用其他工程设计工具,熟识的图形界面可缩短学习时间,留出更多的时间进行测量和应用各种设计及测试工具。

数字存储示波器的频谱测量

数字存储示波器(DSO)的前端就是ADC变换,因而同样具有频谱分析能力,通过标准或选购的FFT模块获得频谱分析特性。应该指出,DSO主要特点是时域测量,带宽100MHz的产品具有10位以上的垂直分辨率,带宽500MHz的产品只有8位的分辨率,亦即在分辨率上低于频谱分析仪的12位-16位。DSO的前置放大器和衰减器引人瞬态失真,容易在频谱图上表现为低电平的谱波噪声。

特别是高频数字在存储示波器,它采用交叠的ADC来提高取样率,例如每块ADC的取样率是1Gs/s,两块叠加起来获得2Gs/s的取样率。这是简便的提高有效带宽的办法,但用于频谱显示时,各ADC的线性度、增益、频率响应和取样定时稍有差别,都会在取样时钟脉冲交叠取样过程中引人频谱失真,相当多了一组Fs/N 的取样脉冲,这里且是基本取样频率,N是交叠的ADC数。这种电路自身产生的混