超外差频谱分析报告仪的原理及组成
频谱分析仪的工作原理和使用方法
频 谱 分 析 仪 的 工 作 原 理 和 使 用 方 法
2.1.1 实时频谱分析仪
图2.3是付里叶分析仪原理框图。由于取样与 A/D转换速度的限制，快速付里叶变换(FFT)式 频谱分析仪无法用于高频及微波范围的频谱分 析仪。
模拟滤波器 模/数变换器 数字滤波器 衰减器 取样器 处理器 显示器 A D
FFT
图2.3付里叶分析 仪原理框图
fs
频 谱 分 析 仪 的 工 作 原 理 和 使 用 方 法
频 谱 分 析 仪 的 工 作 原 理 和 使 用 方 法
3 频谱分析仪性能参数的基本概念
频 谱 分 析 仪 的 工 作 原 理 和 使 用 方 法
1.2频谱仪的发展
30年代末期，第一代扫频式频谱仪诞生。 60年代末期，可以为频谱仪提供频率和幅度的校准， 前端预选的频谱仪问世，它标志着频谱仪从此进入了 定量测试的时代。 70 70年代末，随着集成电路技术，快速A/D变换技术， A/D 频率合成技术，数字存储技术，尤其是微处理器技术 的飞速发展，频谱仪的技术指标大幅度提高。频率范 围扩展到100Hz-20GHz，分辨力带宽达到10Hz。 现在，频谱分析仪的测量频率范围已达到30Hz50GHz，外混频可以扩展到mm波波段，分辨力带宽 从1Hz-3MHz，测量信号的动态范围100dB，显示平均 噪声-110dBm。
镜像频率干扰
频 谱 分 析 仪 的 工 作 原 理 和 使 用 方 法
频谱分析仪原理
频谱分析仪原理
频谱分析仪是一种用于分析信号频谱特性的测量仪器。
它可以将复杂的信号分解成不同频率的成分，并以图形的方式显示出来。
频谱分析仪的原理是基于信号的傅里叶变换。
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。
通过对信号进行傅里叶变换，可以将信号分解成各个不同频率的正弦波或余弦波成分。
频谱分析仪中最常用的测量方法是快速傅里叶变换（FFT）。
FFT是一种高效的算法，可以快速地计算出信号的频谱。
它将连续的信号按一定的时间窗口进行采样，并对采样数据进行离散傅里叶变换，得到信号的频谱图。
在频谱分析仪中，采集到的信号首先经过放大器进行增益放大，然后通过模数转换器（ADC）将连续的模拟信号转换为离散
的数字信号。
接着，数字信号经过FFT算法进行处理，得到
信号的频谱数据。
频谱分析仪通常使用显示器来显示信号的频谱图。
频谱图通常以频率为横轴，以信号的幅度或功率为纵轴。
通过观察频谱图，可以分析信号的频率分布情况，了解信号的频率成分和强度。
除了显示频谱图外，频谱分析仪还可以对信号进行其他的测量和分析。
例如，可以测量信号的谐波失真、信噪比、频率稳定性等指标，以评估信号的质量和稳定性。
总之，频谱分析仪通过对信号进行傅里叶变换，将信号分解成不同频率的成分，并以图形的方式显示出来。
它是一种重要的工具，用于分析和评估各种信号的频谱特性。
频谱分析仪的原理和应用
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。
•干扰检测：频谱分析仪可以用于检测和定位电子设备之间的干扰问题。
通过分析干扰源的频谱特征，可以确定干扰源的位置和频率，从而采取相应的措施进行干扰抑制和消除。
3. 音频处理•音频分析：频谱分析仪可以对音频信号进行频谱分析，了解音频信号的频率分布和能量分布情况。
超外差频谱仪的工作原理
超外差频谱仪的工作原理
超外差频谱仪是一种基于超外差原理工作的频谱分析仪。
它主要由光源、分光器、探测器、频谱分析仪和数据处理器等组成。
下面是超外差频谱仪的工作原理：
1. 光源产生宽带光信号：超外差频谱仪一般使用激光器作为光源，激光器产生的光是单色、高亮度和高相干性的。
2. 光信号经过分光器分光：分光器将光信号分成两支，一支通过一个光学延迟线引入到一个可移动的反射面，另一支光信号则直接通过。
3. 光信号与参考光信号进行干涉：经过反射的光信号与直接透过的光信号在光学延迟线上会形成干涉。
干涉信号的频率差等于两支光信号的频率差。
4. 探测器接收干涉光信号：干涉光信号经过探测器的接收，转换成电信号。
5. 频谱分析仪分析电信号：频谱分析仪对接收到的电信号进行频谱分析，得到干涉信号频谱的能量分布。
6. 数据处理器处理频谱数据：数据处理器会对频谱分析仪获得的频谱数据进行处理和显示，提供给用户进行进一步分析和判断。
通过以上步骤，超外差频谱仪可以快速准确地测量和分析信号
的频谱特性，广泛应用于光学通信、光纤传感、光谱分析等领域。
(工作分析)频谱分析仪工作原理和应用
（工作分析）频谱分析仪工作原理和应用频谱分析仪工作原理和应用《频谱分析仪工作原理和应用》原始文档本章除了说明频谱分析仪工作原理、操作使用说明之外，也将其应用领域范围作详细的介绍，尤其应用于天线特性的量测技术将有完整说明。
本章的内容包括：本章要点1-1概论1-2频谱分析仪的工作原理1-3频谱分析仪的应用领域实习一频谱分析仪1-1概论就量测信号的技术观之，时域方面，示波器为一项极为重要且有效的量测仪器，它能直接显示信号波幅、频率、周期、波形与相位之响应变化，目前，一般的示波器至少为双轨迹输出显示装置，同时也具有与绘图仪连接的 IEEE-488、IEEE-1394 或 RS-232 接口功能，能将屏幕上量测显示的信息绘出，作为研究比较的依据，但它仅局限于低频的信号，高频信号则有其实际的困难。
频谱分析仪乃能弥补此项缺失，同时将一含有许多频率的信号用频域方式来呈现，以识别在各个频率的功率装置，以显示信号在频域里的特性。
图 1.1 说明方波在时域与频域的关系，此立体坐标轴分别代表时间、频率与振幅。
由傅立叶级数(Fourier Series)可知方波包含有基本波(Fundamental Wave)及若干谐波(Harmonics)，信号的组合成份由此立体坐标中对应显示出来。
低频时，双轨迹模拟与数字示波器为目前信号时域的主要量测设备，模拟示波器可量测的输入信号频率可达 100 MHz，数字示波器有 100 MHz 与 400（或 500）MHz 等多种。
屏幕上显示信号的意义为横轴代表时间，纵轴代表信号电压的振幅，用示波器量测可得到信号时间的相位及信号与时间的关系，但无法获知信号失真的数据，亦即无法获知信号谐波分量的分布情况，同时量测微波领域(如 UHF 以上的频带)信号时，基于设备电子组件功能的限制、输入端杂散电容等因素，量测的结果无可避免地将产生信号失真及衰减，为解决量测高频信号上述的问题，频谱分析仪为一适当而必备的量测仪器，频谱分析仪的主要功能是量测信号的频率响应，横轴代表频率，纵轴代表信号功率或电压的数值，可用线性或对数刻度显示量测的结果。
频谱仪原理及使用方法
频谱仪原理及使用方法频谱仪是一种用来分析信号频谱的仪器，它能够将信号的频谱分解为不同频率成分的幅度或相位信息，从而提供了对信号频谱特性的详细了解。
频谱仪广泛应用于无线通信、音频处理、雷达系统、天文观测等领域。
一、频谱仪原理：频谱分析基于信号的傅里叶分析原理，将时域中的信号转换为频域中的频谱信息。
频谱仪的工作原理主要包括三个步骤：采样、转换和显示。
1.采样：频谱仪通过将信号进行采样，将连续的时域信号转化为离散的时序数据。
采样定理要求采样率必须大于信号的最大频率，以确保不会发生混叠现象。
2.转换：采样的信号需要通过电子转换器进行模拟到数字的转换。
最常见的转换方式是快速傅里叶变换（FFT），它可以将时域信号转换为频域信号。
3.显示：转换后的频域数据通过显示单元在频谱仪的屏幕上进行显示。
频谱仪通常可以显示频谱的幅度信息或相对相位信息，用户可以根据实际需要选择不同的显示模式。
二、频谱仪使用方法：1.连接设备：首先将待分析的信号源与频谱仪相连，可以通过电缆连接、无线连接等方式进行。
2.设置参数：根据需要设置频谱仪的采样率、带宽、分辨率等参数。
采样率和带宽的选择需根据信号的特点进行调整，以保证能够正确捕获信号的频谱信息。
3.观测目标：确定待测信号的特点和需求，如频率范围、幅度范围等。
根据实际需求选择适当的显示模式和触发模式，并调整触发电平、触发延时等参数。
4.分析信号：开始对信号进行分析，根据实际需要选择合适的时间窗口、分辨率、峰值保持等参数，以获取准确的频谱信息。
5.解读结果：根据频谱仪显示的频谱图，观察信号的频率分布和幅度特征。
可以通过缩放、平移、峰值等功能，对结果进行详细的分析和解读。
6.数据处理：对采集到的频谱数据进行处理，可以进行谱线拟合、峰值提取、频偏校正等操作，得到更准确的频谱信息。
7.存储和输出：频谱仪通常具有数据存储和输出功能，可以将频谱数据保存到存储器中，并通过接口将数据输出到计算机或其他设备进行后续处理或记录。
频谱分析仪的原理及参数指标介绍
频谱分析仪的原理及参数指标介绍一、频谱分析仪的概述频谱分析仪是一种用于分析信号频谱，即频率分量的设备。
它可以用于分析各种类型的信号，包括音频、射频和微波信号等。
频谱分析仪可以帮助工程师们发现信号中的问题，例如干扰、失真和噪声，并帮助他们调整信号以达到更好的性能。
在广泛应用的频谱分析仪中，电磁辐射测量是应用最广泛的技术之一。
它主要用于诊断电磁场辐射的原因和影响，以及控制电磁辐射对人体和电子设备的危害。
其他应用包括滤波器和谐振器设计、声学分析、医学和生物学研究。
二、频谱分析仪的原理频谱分析仪的原理基于傅里叶变换。
傅里叶变换是一种用于将时间域信号转换为频域信号的数学技术。
在频谱分析仪中，信号的输入从时间域转换为频域，这使得信号的频率成分变得可见和可测量。
频域信号是由频率分量组成的。
每个频率分量都可以在频谱图上表示为一个峰。
这些峰的高度和宽度可以提供关于信号的有用信息，例如频率分量的幅度、频数和相位。
频谱分析仪通过测量信号中的频率成分来计算信号的功率谱密度。
功率谱密度是每个频率分量的功率密度和，在频谱图上用单位Hz来表示。
频谱分析仪还可以计算信号的总功率和总能量，以便用户可以了解信号的总体强度和质量。
三、频谱分析仪的参数指标频谱分析仪有许多参数指标，这些参数指标可以帮助用户了解信号的性质和分析的结果。
以下是一些常见的参数指标：1. 频率范围频率范围是频谱分析仪可以测量的频率范围。
频率范围通常以Hz、kHz、MHz或GHz为单位，取决于分析任务和应用领域。
频率范围越广，频谱分析仪就可以处理更多类型的信号。
2. 带宽带宽是频谱分析仪能够处理的最高频率。
带宽通常以Hz、kHz、MHz或GHz为单位，表示频谱分析仪可以处理的最高频率。
带宽越大，频谱分析仪就可以处理更宽的频率范围。
3. 分辨率带宽分辨率带宽是频谱分析仪能够分辨的最小频率差。
分辨率带宽通常以Hz为单位，表示信号中最小的频率分量。
分辨率带宽越小，频谱分析仪就可以分辨更小的频率差异。
频谱仪原理及使用方法
频谱仪原理及使用方法频谱仪是一种将信号电压幅度随频率变化的规律予以显示的仪器。
频谱仪在电磁兼容分析方面有着广泛的应用，它能够在扫描范围内精确地测量和显示各个频率上的信号特征，使我们能够“看到”电信号，从而为分析电信号带来方便。
1.频谱仪的原理频谱仪是一台在一定频率范围内扫描接收的接收机，它的原理图如图1所示。
频谱分析仪采用频率扫描超外差的工作方式。
混频器将天线上接收到的信号与本振产生的信号混频，当混频的频率等于中频时，这个信号可以通过中频放大器，被放大后，进行峰值检波。
检波后的信号被视频放大器进行放大，然后显示出来。
由于本振电路的振荡频率随着时间变化，因此频谱分析仪在不同的时间接收的频率是不同的。
当本振振荡器的频率随着时间进行扫描时，屏幕上就显示出了被测信号在不同频率上的幅度，将不同频率上信号的幅度记录下来，就得到了被测信号的频谱。
进行干扰分析时，根据这个频谱，就能够知道被测设备或空中电波是否有超过标准规定的干扰信号以及干扰信号的发射特征。
2.频谱分析仪的使用方法要进行深入的干扰分析，必须熟练地操作频谱分析仪，关键是掌握各个参数的物理意义和设置要求。
(1)频率扫描范围通过调整扫描频率范围，可以对所要研究的频率成分进行细致的观察。
扫描频率范围越宽，则扫描一遍所需要时间越长，频谱上各点的测量精度越低，因此，在可能的情况下，尽量使用较小的频率范围。
在设置这个参数时，可以通过设置扫描开始频率目”无“’。
04朋和终止频率来确定，例如:startfrequeney=150MHz，stopfrequency=160MHz;也可以通过设置扫描中心频率和频率范围来确定，例如:eenterfrequeney=155MHz，span=10MHz。
这两种设置的结果是一样的。
Span越小，光标读出信号频率的精度就越高。
一般扫描范围是根据被观测的信号频谱宽度或信道间隔来选择。
如分析一个正弦波，则扫描范围应大于2f(f为调制信号的频率)，若要观测有无二次谐波的调制边带，则应大于4f。
频谱仪的原理
频谱仪的原理频谱仪是一种用于测量信号频谱的仪器，它可以将信号的频谱特性显示在频谱图上，为工程师和科研人员提供了重要的信息。
频谱仪的原理是基于信号的频谱分析，通过对信号进行频谱分解，可以得到信号的频率、幅度等重要信息。
本文将介绍频谱仪的原理及其工作过程。
频谱仪的原理主要基于傅里叶变换的原理。
傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的数学工具，通过傅里叶变换，可以将信号的时域特性转换为频域特性。
频谱仪利用傅里叶变换将输入信号转换为频谱图，从而实现对信号频谱特性的分析。
频谱仪的工作过程可以分为以下几个步骤，首先，输入信号经过放大器放大后，进入混频器。
混频器将输入信号与参考信号进行混频，得到中频信号。
然后，中频信号经过滤波器进行滤波，去除杂散信号。
接下来，中频信号经过快速傅里叶变换（FFT）处理，得到信号的频谱信息。
最后，频谱信息经过显示器显示，工程师和科研人员可以通过频谱图直观地了解信号的频谱特性。
频谱仪的原理是基于信号的频谱分析，通过对信号进行频谱分解，可以得到信号的频率、幅度等重要信息。
频谱仪的工作过程包括信号放大、混频、滤波、FFT处理和显示，通过这些步骤可以实现对信号频谱特性的分析。
频谱仪在无线通信、雷达、声学等领域有着广泛的应用，是一种重要的频谱分析工具。
总结一下，频谱仪的原理是基于傅里叶变换的原理，通过对信号进行频谱分解，可以得到信号的频率、幅度等重要信息。
频谱仪的工作过程包括信号放大、混频、滤波、FFT处理和显示，通过这些步骤可以实现对信号频谱特性的分析。
频谱仪在无线通信、雷达、声学等领域有着广泛的应用，是一种重要的频谱分析工具。
频谱分析仪的工作原理及操作
频谱分析仪的工作原理及操作一、什么是频谱分析仪在频域内分析信号的图示测试仪。
以图形方式显示信号幅度按频率的分布，即X轴表示频率，Y轴表示信号幅度。
二、原理：用窄带带通滤波器对信号进行选通。
三、主要功能：显示被测信号的频谱、幅度、频率。
可以全景显示，也可以选定带宽测试。
四、测量机制：1、把被测信号与仪器内的基准频率、基准电平进行对比。
因为许多测量的本质都是电平测试，如载波电平、A/V、频响、C/N、CSO、CTB、HM、CM以及数字频道平均功率等。
2、波形分析：通过107选件和相应的分析软件，对电视的行波形进行分析，从而测试视频指标。
如DG、DP、CLDI、调制深度、频偏等。
五、操作：(一)硬键、软键和旋钮：这是仪器的基本操作手段。
1、三个大硬键和一个大旋钮：大旋钮的功能由三个大硬键设定。
按一下频率硬键，则旋钮可以微调仪器显示的中心频率;按一下扫描宽度硬键，则旋钮可以调节仪器扫描的频率宽度;按一下幅度硬键，则旋钮可以调节信号幅度。
旋动旋钮时，中心频率、扫描宽度(起始、终止频率)、和幅度的dB数同时显示在屏幕上。
2、软键：在屏幕右边，有一排纵向排列的没有标志的按键，它的功能随项目而变，在屏幕的右侧对应于按键处显示什么，它就是什么按键。
3、其它硬键：仪器状态(INSTRUMNTSTATE)控制区有十个硬键：RESET清零、CANFIG配置、CAL校准、AUXCTRL辅助控制、COPY打印、MODE模式、SAVE存储、RECALL调用、MEAS/USER测量/用户自定义、SGLSWP信号扫描。
光标(MARKER)区有四个硬键：MKR光标、MKR光标移动、RKRFCTN光标功能、PEAKSEARCH峰值搜索。
控制(CONTRL)区有六个硬键：SWEEP扫描、BW带宽、TRIG触发、AUTOCOVPLE自动耦合、TRACE跟踪、DISPLAY显示。
在数字键区有一个BKSP回退，数字键区的右边是一纵排四个ENTER确认键，同时也是单位键。
频谱分析仪的工作原理
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。
频谱分析仪简介
一、概述频谱分析仪是观察和测量信号幅度及信号失真的一种快速方法。
其显示结果可以直观反映出输入信号的傅里叶变换的幅度。
傅里叶变换将时域信号作为正弦和余弦的集合映射到频域内。
信号频谱分析的测量范围及其宽广，超过了140dB。
这些能力使频谱分析仪成为特别适于现代通讯领域的多用途仪器。
频谱分析实质上是考察给定信号源、天线或信号分配系统的幅度于频率的关系。
这种分析能给出有关信号的重要信息，如稳定度、失真、幅度以及调制的类型和质量。
利用这种信息，可以进行电路或系统调节，以提高效率或验证在所需的信号发射和不需要的信号发射方面是否符合不断涌现的各种规章条例。
现代频谱分析仪已经得到许多综合应用，其范围从研发实验室到生产制造和现场维护。
频谱分析仪已经成为具有重要价值的实验仪器。
能快速观察大的频谱宽度，然后迅速移近放大来仔细考察所关心的的信号已受到研发工程师们的高度重视。
在制造领域，测量速度结合通过计算机来存取数据的能力，可以快速、精确和重复地完成一些极其复杂的测量。
（1）、应用许多因素正影响着对信号分析仪的利用和需要，例如，高速计算机的急剧增多需要宽频率范围的诊断仪器。
射频电信的快速发展导致更多的测试，以检验对传输模式的管理要求。
当今对于移动无线电话的要求是相当严格的，这些要求包括测量频谱占用、功率电平、时域响应和其它杂散发射。
有线电视和广播电视也为利用信号分析仪提供了机会，调制带宽、信噪比、载波电平和谐波便是例子。
射频和微波应用领域持续不断地对最终使用的设备和测试设备提出越来越高的要求。
正如对每个最终用户的设备在变化一样，对相关信号分析仪的要求也在变化。
因此，在选择合适的频谱分析仪之前，需要对既定应用有全面了解。
随着特殊类型的测量变得更为迫切，寻找专门适合有关应用项目的信号分析仪也成为可能。
由于已设计出用于特殊应用领域的信号分析仪，故它们不仅显示原始的频率和幅度测量结果，而且要将那些测量变换为更全面的解决方案。
目前，频谱分析仪已经能够帮助数字设计师诊断和改进他们的高速数字系统的射频干扰性能。
超外差频谱分析仪的原理及组成
{显示器扫描产生器@超外差式频谱分析仪的原理及组成超外差频谱分析仪的原理结构图@图3-1所示，为超外差频谱分析仪的简单原理结构图。
：{%图3-1 超外差频谱分析仪的简单原理结构图由图3-1可知：超外差频谱分析仪一般由射频输入衰减器、低通滤波器或预选器、混频第3章超外差式频谱分析仪的原理器、中频增益放大器、中频滤波器、本地振荡器、扫描产生器、检波器、视频滤波器和显示器组成。
超外差频谱分析仪的工作原理是：射频输入信号通过输入衰减器，经过低通滤波器或预选器到达混频器，输入信号同来自本地振荡器的本振信号混频，由于混频器是一个非线性器件，因此其输出信号不仅包含源信号频率（输入信号和本振信号），而且还包含输入信号和本振信号的和频与差频，如果混频器的输出信号在中频滤波器的带宽内，则频谱分析仪进一步处理此信号，即通过包络检波器、视频滤波器，最后在频谱分析仪显示器CRT 的垂直轴显示信号幅度，在水平轴显示信号的频率，从而达到测量信号的目的。
3.1.2 RF 输入衰减器超外差频谱分析仪的第一部分就是RF 输入衰减器。
可变输入衰减器的作用是保证混频器有一个合适的信号输入电平，以防止混频器过载、增益压缩和失真。
由于衰减器是频谱分析仪的输入保护电路，因此基于参考电平，它的设置通常是自动的，但是也可以用手动的方式设置频谱分析仪的输入衰减大小，其设置步长是10dB 、5dB 、2dB ，甚至是1dB ，不同频谱分析仪其设置步长是不一样的。
如Agilent 8560系列频谱分析仪的输入衰减的设置步长是10dB 。
《图3-2是一个最大衰减为70dB ，步长为2dB 的输入衰减器电路的例子。
电路中的电容器是用来避免频谱分析仪被直流信号烧毁，但可惜的是它不仅衰减了低频信号，而且使某些频谱分析仪最小可使用频率增加到100Hz ，而其他频谱分析仪增加到9kHz 。
）图3-2 RF 输入衰减器电路图3-3所示，当频谱分析仪RF 输入信号和本振信号加到混频器的输入时，可以调整RF0到70dB 衰减，步长2dB。
扫频超外差式频谱仪的工作原理
扫频超外差式频谱仪的工作原理咱先得知道啥是频谱仪。
频谱仪啊，就像是一个音乐侦探，不过它探测的不是动听的旋律，而是各种各样的电信号。
你看，在我们这个充满电信号的世界里，有各种各样的频率在“唱歌”，频谱仪就是要把这些“歌声”都分析出来。
那扫频超外差式频谱仪呢，它有自己独特的本事。
想象一下，它就像一个超级灵敏的耳朵，不过这个耳朵不是直接听信号的，而是有一套很巧妙的办法。
这个频谱仪里面有个本地振荡器。
这个本地振荡器啊，就像一个调皮的小鼓手，它自己按照一定的频率在那“咚咚咚”地打鼓。
这个频率呢，还能变来变去的，就像这个小鼓手一会儿快打，一会儿慢打。
当有一个输入信号进来的时候，这个输入信号就像一个外来的歌手。
这个歌手的声音频率和我们小鼓手的打鼓频率就会在频谱仪里相遇啦。
它们相遇之后呢，就会产生一种新的频率，这个新频率就像是它们俩一起合作出来的一个新曲子。
这个过程就叫做混频。
混频之后得到的这个新频率啊，会被送到一个滤波器那里。
这个滤波器就像是一个很挑剔的音乐评委，它只允许特定频率范围的信号通过。
那些不符合它要求的信号，就像那些唱跑调的歌手一样，都被它给淘汰掉啦。
然后呢，通过滤波器的信号就会被送到一个放大器那里。
放大器就像一个大喇叭，把这个信号的声音放大。
这样做是为啥呢？因为有时候这个信号可能很微弱，就像一个小声哼哼的人，放大之后我们就能更好地去研究它啦。
这个扫频超外差式频谱仪啊，它的本地振荡器不断地改变频率，就像小鼓手不断地换节奏。
这样呢，就能把不同频率的输入信号都给检测出来。
每一次本地振荡器换一个频率，就相当于在不同的频段里寻找那些隐藏的“歌手”信号。
你看，这整个过程就像是一场盛大的音乐选秀。
各种各样的信号频率来参赛，频谱仪通过本地振荡器、混频器、滤波器、放大器这些环节，就像选秀节目里的评委、音响师等角色一样，把每个信号的频率特点都找出来。
它能告诉我们哪个频率的信号强，哪个频率的信号弱，就像评委能告诉我们哪个歌手唱得响亮，哪个歌手唱得轻柔一样。
频谱仪基础(二)超外差频谱分析仪实现
频谱仪基础（二）超外差频谱分析仪实现在上一篇文章中，已经对频谱仪的基本原理进行了阐述。
在下面的一节中，给出基于超外差原理的频谱分析仪的组件，并且已9kHz~3GHz/7GHz频谱仪设计构架作为现代频谱分析仪的实际实现分析。
频谱仪是一个由各个重要的组件构成复杂的系统，包括RF、IF、低频、数据采集和处理显示部分，同时包括必备的逻辑程序和控制显示算法，共同构成了复杂的、数字化的、精密的混合系统，实现的总体框图如图1所示。
图1 超外差频谱分析仪总体框图在频谱仪的输入端，一个关键性标准是输入VSWR（驻波比），即输入VSWR会受到前端电路的高度影响，如前端的衰减器、输入滤波器和第一个混频器。
从总体框图的②中所示，前端的衰减的配置，可以为频谱仪提供了测试大功率信号的能力，同时衰减器的应用，使得输入到第一级混频的信号的幅度可调，以满足大信号输入第一级混频器的要求。
在实践应用中，可以设置为固定衰减和可调衰减组合的形式，以满足宽输入范围的应用，获得较大的输入动态范围。
在超外差的频谱分析仪结构中，输入信号通过衰减器，进行功率的衰减后，经过滤波后，输入信号，在混频器④（Mixer）和本振⑤（LO）帮助下，下变频至中频（IF）。
如果本振（LO）具有连续可调谐的较宽的输入频率范围，那么输出中频（IF）就是一个固定值。
从公式当中，对于任意的LO 和输入信号时，中频输（IF）出总是有两个频率（和频与差频），具体表现如图2所示。
这意味着除了所需的频率外，还有一个镜像频率。
为了确保所需的频率不受到镜像的干扰，选择合适的滤波器，必须把输入信号的镜像频率抑制在混频器④（Mixer）的射频输入之前，以保证中频信号不会出现混叠。
图2 超外差混频同时合理的中频选择是非常重要的，如图3所示，输入频率范围和镜像频率范围转换到低的中频（IF），如果输入信号频率大于两倍中频信号（IF），那么就会出现混叠，频谱上就分不清IF信号是输入变频而来还是镜像变频而来。
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显示器扫描产生器3.1 超外差式频谱分析仪的原理及组成3.1.1 超外差频谱分析仪的原理结构图图3-1所示，为超外差频谱分析仪的简单原理结构图。
图3-1 超外差频谱分析仪的简单原理结构图由图3-1可知：超外差频谱分析仪一般由射频输入衰减器、低通滤波器或预选器、混频器、中频增益放大器、中频滤波器、本地振荡器、扫描产生器、检波器、视频滤波器和显示器组成。
超外差频谱分析仪的工作原理是：射频输入信号通过输入衰减器，经过低通滤波器或预选器到达混频器，输入信号同来自本地振荡器的本振信号混频，由于混频器是一个非线性器件，因此其输出信号不仅包含源信号频率（输入信号和本振信号），而且还包含输入信号和本第3章超外差式频谱分析仪的原理振信号的和频与差频，如果混频器的输出信号在中频滤波器的带宽内，则频谱分析仪进一步处理此信号，即通过包络检波器、视频滤波器，最后在频谱分析仪显示器CRT 的垂直轴显示信号幅度，在水平轴显示信号的频率，从而达到测量信号的目的。
3.1.2 RF 输入衰减器超外差频谱分析仪的第一部分就是RF 输入衰减器。
可变输入衰减器的作用是保证混频器有一个合适的信号输入电平，以防止混频器过载、增益压缩和失真。
由于衰减器是频谱分析仪的输入保护电路，因此基于参考电平，它的设置通常是自动的，但是也可以用手动的方式设置频谱分析仪的输入衰减大小，其设置步长是10dB 、5dB 、2dB ，甚至是1dB ，不同频谱分析仪其设置步长是不一样的。
如Agilent 8560系列频谱分析仪的输入衰减的设置步长是10dB 。
图3-2是一个最大衰减为70dB ，步长为2dB 的输入衰减器电路的例子。
电路中的电容器是用来避免频谱分析仪被直流信号烧毁，但可惜的是它不仅衰减了低频信号，而且使某些频谱分析仪最小可使用频率增加到100Hz ，而其他频谱分析仪增加到9kHz 。
图3-2 RF 输入衰减器电路图3-3所示，当频谱分析仪RF 输入信号和本振信号加到混频器的输入时，可以调整RF 输入衰减器，使混频器的输入信号电平合适或最佳，这样就可以提高测量精度。
0到70dB 衰减，步长2dB电容器本地振荡器图3-3 混频器的最佳输入电平不同的频谱分析仪，其混频器的最佳输入电平是不同的。
表3-1所示，为Agilent 8560系列频谱分析仪的二次谐波失真与混频器的最佳输入电平。
表3-1 8560系列频谱分析仪的二次谐波失真与混频器的最佳输入电平超外差频谱分析仪的输入电路十分灵敏，无法承受操作失误带来的后果，因此频谱分析仪的射频输入信号电平不能大于频谱分析仪的最大输入电平，我们把最大输入信号电平称为频谱分析仪的安全输入电平。
如果输入的射频信号电平大于最大输入信号电平，就会烧毁频谱分析仪的输入电路，称此电平为毁坏电平，如图3-4所示。
因此使用频谱分析仪之前，一定认真仔细阅读说明书，以保证频谱分析仪的射频输入信号电平小于或等于最大安全输入电平。
本地振荡器图3-4 混频器的毁坏输入电平例如Agilent 8560系列频谱分析仪的最大安全输入电平要求如下：∙平均连续波功率：+30dBm（1W，射频输入衰减大于或等于10dB）；∙峰值脉冲功率（脉宽<10μs，占空比<1%）：+50dBm（100W，射频输入衰减大于或等于30dB）；∙直流电压：<±0.2V（直流耦合）；<±50V（交流耦合，只适用于8560EC和8562EC）。
3.1.3低通滤波器或预选器由图3-1可知，频谱分析仪的前端设计采用超外差方案，通过前端预选、谐波混频等技术，使频谱分析仪的频率范围达到预定设计要求。
利用低通滤波器，在低频可以有效抑制镜频响应，阻止高频信号达到混频器；另外低通滤波器还阻止同本振混频产生的带外信号，以避免在中频产生不需要的响应。
在微波频段，频谱分析仪采用预选器代替低通滤波器，预选器实质上就是一个调谐滤波器，调谐滤波器和本振在系统控制下同步调谐预选信号，对带外和镜像响应进行有效地的抑制。
通俗地说：预选器除让我们观察测量的信号之外，其它所有频率均被预选器有效抑制。
3.1.4混频器混频器把射频输入信号的频率混频成频谱分析仪能够滤波、放大和检波的频率范围。
混频器除了接收RF输入信号之外，还接收频谱分析仪内部产生的本振信号。
混频器是一个非线性器件，这意味着混频器的输出不仅包括输入信号频率和本振信号频率，还包含输入信号频率和本振信号的和频与差频。
在理想情况下，混频器起乘法器的作用。
假定混频器的输入信号为：()()t f A t V s i g s i gπ2c o s = （3-1） 本振信号为：()()t f t V LO LO π2cos = (3-2) 则混频器的输出信号为：()()()t f t f A t V LO sig IF ππ2cos 2cos = （3-3） 将式(3-3)通过适当变换可得： ()()[]()[]{}s i g LO LO sig IF f f t f f t At V -++=ππ2cos 2cos 2（3-4） 式中：f sig − 输入信号频率； f LO − 本振信号频率；由式（3-4）可知，混频器的输出是本振信号和输入信号的和频与差频。
图3-5所示，为混频器的输出信号频谱图。
图3-5 混频器的输出信号频谱由图3-5可知，在混频器的输出信号中，除输入信号和本振信号外，还有本振信号和输入信号的和频与差频，而超外差频谱分析仪工作最重要的是利用本振信号与输入信号的差频混频器的输出信号f sigf LO -f sigf LOf LO +f sigf LO或和频，这就是超外差处理信号的关键。
3.1.5 本地振荡器频谱分析仪的本地振荡器，简称为本振。
图3-6所示，超外差频谱分析仪的本地振荡器的组成框图。
图3-6 本地振荡器本地振荡器是一个电压控制的振荡器，它的频率由扫描产生器控制。
扫描产生器除控制本振频率外，还控制频谱分析仪显示器的水平轴的偏移，其斜波形状使频谱分析仪在显示器上从左到右显示信号信息，且重复运动更新扫描迹线。
我们可以控制迹线扫描速度。
例如改变频谱分析仪的扫描时间，就可以改变迹线的扫描速度。
3.1.6 中频增益放大器中频增益放大器可以调整中频滤波器的输入电平，中频放大器的增益同输入衰减器的衰减是自动耦合的，也就是说，当输入衰减器衰减10dB 时，中频增益放大器就会自动把输入信号放大10dB ，这样频谱分析仪测量的射频输入信号就保持不变。
3.1.7 中频滤波器中频滤波器是一个固定的带通滤波器，以便输入信号能在频谱分析仪显示器上显示，混频器的输出频率必须在中频滤波器的频段内。
例如本振信号频率与输入信号的差频等于中频滤波器的频率，这个信号可以通过中频滤波器，而最终在频谱分析仪显示器上显示，并可以进行测量。
若本振信号频率与输入信号的差频不等于中频，则输出信号无法通过中频滤波器，频谱分析仪也就无法测量此信号的大小。
当本振在比较高的频率扫描时，差频也移到较高频率，一旦差频等于中频，频谱分析仪就可以显示，并测量它。
图3-7所示，超外差频谱分析至显示器仪测量信号的原理框图。
图3-7 超外差频谱分析仪测量信号的原理简图3.1.8 包络检波器一般地，频谱分析仪利用包络检波器把中频信号转换成视频信号。
检波器实质是一个整流器，其目的是处理输入信号，以便显示并测量输入信号。
最简单的包络检波器由一个二极管、电阻负载和低通滤波器组成，如图3-8所示。
图3-8 简单的包络检波器在大多数测量中，选择比较窄的分辨带宽，足以分辨出输入信号频谱。
如果我们固定本振频率，以便频谱分析仪调谐至特定信号成分，则中频输出是峰值稳定的正弦波，包络检波器的输出就是常数直流电压值。
但是，有时频谱分析仪的分辨带宽选择的比较宽，足够可以包括两个或更多的频率成分。
假定有两个频率成分在传输频段内，两个正弦波相互影响，产输入衰减器本地振荡器(0~(200MHz ~500MHz) 中频信号t生图3-9所示的包络检波输出。
图3-9 中频信号峰值的包络检波输出3.1.9视频滤波器频谱分析仪测量的是输入信号加内部噪声，为了减小噪声对测量信号电平的影响，经常对测量信号进行平滑或平均，以提高测量信号精度。
超外差频谱分析仪都有一个可变的视频滤波器，实现对测量信号的平滑或平均。
视频滤波器的带宽称为视频带宽，用VBW表示。
视频滤波器实质是一个低通滤波器，在中频信号通过检波器检波后，视频滤波器决定驱动显示器垂直偏转系统的视频电路带宽。
视频滤波器的功能是平滑信号显示，抑制频谱分析仪的随机噪声。
通过减小视频滤波器的带宽，可使小信号更易测量。
图3-10所示，为视频带宽等于100kHz时的小信号测量；图3-11为视频带宽等于10kHz时测量信号。
显然，减小视频带宽，抑制了噪声，提高了小信号的测量精度。
图3-10 VBW=100kHz时的小信号测量图3-11 VBW=10kHz时的小信号测量3.1.10 显示器频谱分析仪的显示器是用来显示测量输入信号频谱，用来测量输入信号的幅度和频率。
频谱分析仪的输出在显示器上是以X-Y方式显示，显示器的水平方向有10个格，垂直方向一般有10个格或8个格。
显示水平轴表示频率，从左至右线性增加，垂直轴用来表示信号幅度。
所有频谱分析仪的幅度显示有线性刻度和对数刻度两种。
频谱分析仪的线性刻度用电压V表示（也有频谱分析仪的线性刻度单位用功率表示），对数刻度用dB为单位。
对数刻度比线性刻度更常用，这是因为对数刻度的可用范围大的原故。
频谱分析仪不管采用何种刻度，都把显示器屏幕最上面的刻度线作为参考电平，这个参考电平是通过校准技术确定的一个绝对数值，显示器屏幕上其它任意位置的电平数值都可以通过这个参考电平和每格的刻度计算出来。
这样就可以测量任何信号的绝对幅度值或任意两个信号的幅度电平之差了。
图3-12所示，为Agilent 8563EC频谱分析仪测量的校准输出信号。
从图中可以看出，频谱分析仪的输出在显示器上显示一个X-Y迹线，有一个水平轴和一个垂直轴，水平轴分成10个格，垂直轴也分成10个网格。
水平轴从左到右线性地表示频率增加，设置频谱分析仪的频率有两种方法：方法一是利用频谱分析仪的中心频率键设置中心频率，水平轴的频率范围用扫频宽度键（SPAN）进行设置，这两个控制键是相互独立的，如果改变频谱分析仪的中心频率，不影响频谱分析仪的扫频宽度；设置频谱分析仪频率的另外一种方法是通过设置频谱分析仪的起始频率和停止频率代替中心频率和扫频宽度的设置。
用频谱分析仪我们可以测量任何信号绝对频率，也可以测量任意两个信号的相对频率差。
频谱分析仪的垂直轴表示幅度。
可选择以电压为单位的线性刻度或以dB为单位对数刻度（一般频谱分析仪开机时，其默认刻度是对数刻度）。