简易频谱分析仪
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。
频谱分析仪按其结构形式可分为台式、便携式、手持式和模块（VXI、PCI、PXI、LXI等总线形式)等类型产品。
（三）产品国内外现状国内生产频谱分析仪的厂家主要有：中国电子科技集团41所、成都前锋电子、天津德力、北京普源精电、安泰信电子、苏州同创电子等单位。
中国电子科技集团41所拥有台式、便携式、手持式和模块产品，频率范围覆盖3Hz～50GHz（通过外扩频方式可到110GHz）。
简易频谱分析仪设计资料
摘要该简易频谱分析仪以单片机AT89S52为控制核心，控制高中频的二次变频扫频接收机进行频谱分量分析，同时在示波器屏幕上显示频谱分量，具有分析范围宽、高镜像抑制比和高分辨力的特点。
该作品很好地达到了设计目标。
一、方案设计与论证1、总体设计方案方案一：将被测信号放大后直接用DSP或单片机经A/D转换后进行傅立叶展开等数字处理，将得到的结果送到示波器等显示器件进行显示。
这个方案的优点是比较容易从软件上进行各种数字运算的处理，因为本题目要求的指标并不高，采用这个方案将会极大提高设计成本和增加开发难度；方案二：参考题目推荐的方法，该题目可设计成一扫频接收机，在扫频范围内能检测到每个频点上的信号幅度，此方案的优点是电路比较简单，不需要DSP等专用芯片处理就可以满足设计要求，缺点是实时性比较差。
比较两种方案，考虑制作难度、性价比和时间等因素，我们选用了方案二，参考专业短波通讯中的接收机电路，采用二次变频法将会得到比较高的镜像抑止比、灵敏度和选择性。
2、输入调谐回路方案一：采用变容二极管和电感线圈组合成的压控可变中心频率的LC调谐回路进行选频，这种电路的优点是可以得到良好的选频特性，缺点是在1－30MHZ的覆盖范围内单个LC 回路难以实现，需要用到频段切换等技术处理，难以做到比较好的一致性；方案二：采用非调谐宽带滤波的办法，输入级不设选频电路，只设置一个通频带为1－30MHZ的带通滤波器，缺点是没有选频特性，但是电路简单可靠；综合比较后选择方案二，选频的实现是在一次变频后用中心频率为45.499MHZ的LC滤波器选频。
3、混频器混频器是外差式接收电路必不可少的。
方案一：用分立元件如三极管和二级管组成，显然电路比较简单，但是在混频增益和性能一致性上有所欠缺；方案二：用集成电路混频器，虽然一般的器件存在动态范围小的缺点，但是混频增益高和性能稳定；本作品需要用到两个混频器，要求比较高，综合比较后选择方案二，采用性价比很高的NE602作为混频器件，事实证明有很好的效果。
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。
混频器：完成信号的频谱搬移，将不同频率输入信号变换到相应中频。
在低频段（《3GHz）利用高混频和低通滤波器抑制镜像干扰;在高频段（》3GHz）利用带通跟踪滤波器抑制镜像干扰。
本振（LO）：它是一个压控振荡器，其频率是受扫频发生器控制的。
其频率稳定度锁相于参考源。
扫频发生器：除了控制本振频率外，它也能控制水平偏转显示，锯齿波扫描使频谱仪屏幕上从左到右显示信号，然后重复这个扫描不断更新迹线。
简易频谱分析仪的设计
摘要频谱分析仪的基本功能是测量信号的幅度/频率响应，可以完成诸如频谱成分分析、失真测量、调制信号谱分析、信号衰减测量、电子组件增益测量等。
其基本工作原理是，扫频本振的频率随锯齿波发生器的输出在一定范围内扫描，使不同频率的输入信号与本振混频后，依次落入分辨率带宽滤波器通带内，进一步放大、检波后加到Y放大器，亮点在屏幕上的垂直偏移正比于该频率分量的幅值。
由于扫描电压在调制振荡器的同时，又驱动X放大器，从而可以在屏幕上显示出被子测信号的频谱。
本系统是根据外差原理设计并实现的频谱分析仪。
利用DDS芯片生成10KHZ步进的本机振荡器，AD835做混频器实现频率的合成，通过滤波器取出各个频点（相隔10KHZ）的值，再配合放大，检波电路收集采样值，经单片机SPCE061A处理，最后送给示波器显示频谱。
测量频率范围覆盖1—30MHZ，该系统也可以根据用户的需要设定显示频谱的中心频率和带宽，还可以识别调幅，调频和等幅波信号。
关键词频谱分析，混频，滤波，外差原理AbstractSpectrum analyzer to measure the signal is the basic function of the amplitude/frequency response can be finished such as spectrum composition analysis, distortion measuring, modulation signal spectrum analysis, signal attenuation measure, electronic component gain measurements. Basic working principle is, sweep frequency this the vibration of the frequency with the output of sawtooth wave generator in a certain range of different frequency scanning, make the input signal and the resonance frequency mixing, ordinal fall within bandpass filter bandwidth resolution, further amplification, after detection of amplifier, highlights added to Y in screen is proportional to the vertical migration of the amplitude frequency components. Due to scan voltage in modulation oscillator, and meanwhile, thus can drive X amplifier is shown on the screen in the spectrum of the measured signal quilt.This paper adopts heterodyne principle design and realize the spectrum analyzer. Use 10KHZ DDS chip generation step of this machine oscillators, AD835 do mixers, through the filter remove each frequency (10KHZ) value apart, coupled with amplifier, detection circuit to collect samples values of sunplus SPCE061A processing by MCU, finally send oscilloscope display spectrum. Measure frequency range covers 1-30MHZ according to user need to set the display spectrum of center frequency and bandwidth, still can identify am, FM and amplitude wave signal.KEY WORDS Spectral analysis,mixing,smoothing,heterodyne principle目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 ................................................................................................. - 1 -1.1 频谱分析仪的简介........................................................................ - 1 -1.2 总体设计方案比较........................................................................ - 2 -1.3 底层电路方案比较与选择 .............................................................. - 2 -1.3.1本机振荡电路 ...................................................................... - 2 -1.3.2 混频电路............................................................................ - 3 -1.3.3 滤波电路............................................................................ - 3 -1.3.4 检波电路............................................................................ - 3 -1.3.5 扫频发生器电路 .................................................................. - 4 -1.4 本课题研究的意义........................................................................ - 4 -1.5 本课题设计思路........................................................................... - 4 -2 频谱分析仪的硬件设计.......................................................................... - 6 -2.1 频谱分析仪的整体结构 ................................................................. - 6 -2.2 频谱分析仪的各模块电路设计........................................................ - 7 -2.2.1 本机振荡器模块 .................................................................. - 7 -2.2.2 混频器模块......................................................................... - 9 -2.2.3 放大器模块......................................................................... - 9 -2.2.4 滤波器模块....................................................................... - 10 -2.2.5 检波器模块....................................................................... - 12 -2.2.6 扫频发生器模块 ................................................................ - 13 -2.2.7 电源保护模块.................................................................... - 16 -3 软件设计........................................................................................... - 18 -3.1 软件设计要求............................................................................ - 18 -3.2 主程序的软件设计...................................................................... - 19 -4 系统调试与指标测试........................................................................... - 20 -4.1 硬件调试 .................................................................................. - 20 -4.2 软件调试 .................................................................................. - 20 -4.3 软硬联合调试............................................................................ - 20 -4.4 指标测试 .................................................................................. - 20 -4.4.1 仪器测试.......................................................................... - 20 -4.4.2 指标测试.......................................................................... - 20 -结论................................................................................................... - 23 -致谢................................................................................................... - 24 -参考文献.............................................................................................. - 25 -附录................................................................................................... - 26 -1 绪论1.1 频谱分析仪的简介频谱分析仪是对无线电信号进行测量的必备手段，是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具，在各种振动、噪声、电声、发动机、建筑、生物、医学等领域也起着重要作用。
频谱分析仪使用说明
目录频谱分析仪操作指南 (1)第一节仪表板描述 (1)一、前面板 (1)二、后面板(略) (6)第二节基本操作 (6)一、菜单操作和数据输入 (6)二、显示频谱和操作标记 (8)三、测试窗口和显示线 (12)四、利用横轴测试频率 (16)五、自动调整 (19)七、UNCAL信息 (22)第三节菜单功能描述 (24)频谱分析仪操作指南第一节仪表板描述一、前面板这部分包括前面控制板详细的视图、按键解释和显示在那些图片上的连接器，这可从频谱仪的前部面板看到，共分为九个部分，如下所述：1、显示部分23、软盘驱动部分4、MEASUREMENT部分124□5STOP65、DATA 部分6、MARKER 部分47、CONTROL 部分168、SYSTEM部分□REMOTE1PRESET□SHIFT349、混杂的部分10、屏幕注释312图1屏幕注释二、后面板(略)第二节基本操作一、菜单操作和数据输入用面板按键和选项去操作频谱分析仪。
使用面板键时，一个常见的菜单会显示在屏幕的右边。
但是，有一些键没有相关的软菜单，如AUTO TUNE和COPY键。
每菜单选项与功能键一一对应。
选择一个菜单，需要按相应的功能键。
在一些情形中，按功能键显示附加选项。
下面的例子指出了仪表板和软按键功能的多少。
1、选择菜单按LEVEL键显示用于安装测试的菜单。
参考线值显示在活动区域中，电平菜单显示在屏幕的右边，显示如下Ref LevelATT AUTO/MNLdB/divLinearUnitsRef Offset ON/OFF2、输入数据当一个值显示在激活区时，你可利用数字键、步进键或数据旋钮改变它。
●利用数字键输入数据可利用下面的键输入数据：数字键（0到9），小数点键，和退格（BK SP）或减号（－）键。
如果你使用数字键时出错，你可用退格（BK SP）键删除最近输入的数字。
如果你没有输入任何数据，按BK SP键输入一个减号（－）。
数据输入后，按ENTER键或其它单位键之一完成操作。
频谱分析仪
频谱分析仪主要技术指标1.频率范围：2Hz – 50GHz，2.频率分辨率：0.001Hz3.扫描时间：1µS ---6000S （扫宽 0Hz）; 扫宽≥10Hz时 1ms~2000s4.温度稳定度：1.5 x 10^-85.分辨率滤波器带宽精度: （RBW=1Hz~100kHz）精度: 0.5% （0.022 dB）6.分辨率滤波器形状因子 (–60 dB/–3 dB): < 4.1:17.最小分辨率带宽 (RBW)：1Hz8.分析带宽：160MHz9.频率响应误差: ±0.16 dB @3.6GHz;±0.82 dB @26.5GHz10.前置放大器增益（9 kHz - 3.6 GHz）: +20 dB,(26.5-50GHZ):+40dB,11.前置放大器噪声系数 (9 kHz - 3.6 GHz): 8 dB12. DANL显示平均噪声电平 (频率1 GHz): -172 dBm13. 相位噪声 (中心频率1GHz): -146dBc/Hz @ 1MHz offset-158dBc/Hz @ 10MHz offset14.外部参考信号输入: 1 ~ 50MHz15.中频AD变换器：400MHz， 14Bits16.衰减器切换不确定度：±0.003dB@50MHz，±0.3dB@3.6GHz,，±0.7dB@26.5GHz17.显示刻度保真度 (进入混频器的电平<-18dBm时) ：±0.07 dB18.三阶交调指标TOI (保证值/典型值): +23 dBm @13.6GHz;+17 dBm @26.5GHz19.衰减器变化步进2dB, 设置范围0 to 70 dB20.中频输出带宽:900MHz21.辅助中频输出：可提供10MHz到75MHz步进为0.5MHz的任意中频频率输出22.具有专门的相位噪声测量选件：可以自动完成相位噪声（RMS noise）以及相位抖动（RMS jitter）和剩余调频（Residual FM）的测量；23.具有内置的快捷测试功能：包括信道功率；谐波失真；杂散发射；脉冲信号峰值功率等的简单快速测量。
频谱分析仪简易操作指南
信号分析技术简介
连续波信号 模拟调制信号 数字调制信号 噪声信号
时域分析 频域分析 调制域分析
调制 噪声
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信号分析技术简介
信号的基本分析方法 幅度 (功率)
时域分析
频域分析
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信号分析技术简介
信号的频域指标
•信号功率 •信号频率 •相位噪声 •杂波抑制 •谐波抑制
次谐波
+5dBm 杂波：-65dBc
（视频带宽<0.1-0.01分辨带宽） ▪ 前置放大器
（内部或外部）
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操作及实验
操作使用仪器前必须确定以下条件： 1、自己手中将要使用的仪器在检定计 量有效期以内 2、环境温湿度 3、使用仪器标称的额定电源电压电流 4、零地电压必须小于0.5V
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操作及实验
测试CW信号，了解频谱分析仪基本功能 频谱分析仪的测量和存盘功能 测试模拟调制信号 问题
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操作及实验
仪器前面板
显示屏 保护框 频率计数键
软驱
跟踪源 开关 帮助 缩放窗口 频率扩展 保护盖
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谢谢！
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频谱分析仪性能指标
频谱仪测量灵敏度
RF Input
Mixer
Detector RES BW
Filter
LO
Sweep
频谱仪内部混频器几各级放大器会产生噪声， 通过检波器会反映为显示白噪声电平（DANL)
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频谱分析仪性能指标
提高频谱仪灵敏度的技术方法 ▪ 最窄的分辨带宽 ▪ 最小的输入衰减 ▪ 充分利用视频滤波器
频谱分析仪
1
课程内容
频谱分析仪的各种型号 信号分析技术简介 频谱分析仪工作原理 频谱分析仪性能指标 频谱分析仪的操作
频谱分析仪的作用
频谱分析仪的作用频谱分析仪是一种用于分析信号频谱的仪器。
它可以将信号的能量分布按频率进行可视化，从而帮助工程师和研究人员在各种领域中进行频谱分析和信号处理。
频谱分析仪在通信、音频、无线电、医学、科学研究等领域中都有广泛的应用。
本文将介绍频谱分析仪的作用及其在各领域中的应用。
一、频谱分析仪的作用：1. 信号频谱分析：频谱分析仪可以帮助工程师和研究人员对不同信号的频率和能量进行准确分析。
它可以显示信号在不同频率范围内的能量分布情况，从而帮助进行信号处理和优化。
2. 故障诊断：频谱分析仪可以用于故障诊断和故障定位。
通过分析故障信号的频谱特征，可以确定信号中存在的问题，并找出故障源。
这对于维修和调试电子设备非常有帮助。
3. 无线通信：频谱分析仪在无线通信领域中起着重要作用。
它可以用于无线信号的频率分析和频谱监测。
通过监测无线信号的频谱，可以检测到干扰信号、频率碰撞和频带占用等问题，从而提高无线通信的可靠性和效果。
4. 音频分析：频谱分析仪也广泛应用于音频领域。
它可以帮助工程师和音频专业人员对音频信号进行分析和处理。
通过频谱分析仪，可以了解音频信号的频谱特征，包括声音的频率分布和能量变化等，以及发现和修复音频信号中存在的问题。
二、频谱分析仪在各领域中的应用：1. 通信领域：在通信领域中，频谱分析仪用于无线信号的频谱监测和干扰检测。
它可以帮助监测无线信号的频率分布、信号强度和频带占用情况，从而提高通信系统的性能和可靠性。
2. 音频领域：频谱分析仪在音频领域中被广泛应用于音频信号的分析和处理。
它可以帮助音频工程师对声音的频率特征和能量分布进行准确的分析，从而实现音频信号的优化和增强。
3. 无线电领域：在无线电领域中，频谱分析仪用于无线电信号的频谱分析和监测。
通过分析无线电信号的频谱特征，可以了解信号的频率分布和能量变化，从而提高无线电通信的质量和性能。
4. 医学领域：频谱分析仪在医学领域中也有应用。
它可以用于心电图和脑电图等生物信号的频谱分析，从而帮助医生对患者的生理状态进行准确诊断和监测。
频谱分析仪U3741
频谱分析仪U3741频谱分析仪（spectrum analyzer）是一种仪器，用于测量电信号在频率域中的特性，可以检测出信号的频率、幅度、失真和杂波等信息。
U3741是一种综合性能优异的频谱分析仪，下面对其进行详细介绍。
一、U3741的主要优势U3741的主要优势包括：•超宽带宽覆盖范围：9 kHz~3.6 GHz。
•高灵敏度和高精度测量。
•便携式设计，易于携带和移动。
•可选的频率范围扩展模块，可拓展到26.5 GHz。
综合这些特点，U3741非常适合在电信、无线通信、电子设备测试等领域中使用。
二、U3741的功能特点U3741主要具备以下功能特点：1. 频谱分析U3741的主要功能是对频率的信号进行分析，可用于测量、监测和分析信号的频谱，频谱密度以及信号相关的参数，如带宽、中心频率、谷值和峰值等等。
同时，U3741还可以对多个信号进行同时分析和显示，极大地提高了工作效率。
2. 频段扫描U3741可以利用扫频功能扫描各种频段，用于寻找潜在的问题和干扰源以及对频段内的信号进行生动的观察和分析。
通过扫描功能，可以对任何特定的频率和频带进行测量和分析，方便用户提前进行预测和分析。
3. 向量信号分析U3741具备测量向量信号的功能，可以测量各种模拟信号的向量分量，方便用户了解各信号部分的具体频率分配和频域范围分布。
4. 带宽测量U3741还可以进行带宽测量，包括信号的峰值、中央值、谷值，还可以测量各个频段的带宽，从而帮助用户确定信号带宽，精确地确定信号的频率和分配。
5. 自动测量U3741具有自动测量功能，不需要手动干预，可以自动测量信号和参数，极大地提高了操作效率。
同时，自动测量还可以控制测量频率和参数，便于使用者进行精确的测量和分析。
三、U3741的应用领域U3741的应用领域非常广泛，主要包括：•电信行业：用于测量和分析通信系统的信号特性。
•无线通信：用于测量和分析无线电、微波和无线电频率的信号特性。
基于DSP的简易频谱仪设计方案甄选.
基于DSP的简易频谱仪设计方案（优.选)基于DSP的简易频谱仪设计方案指导老师：姚振东班级：信处092姓名：苟海军2009021109朱鑫2009021114郑顺200902二零一二年四月二十八日摘要本文设计了一种实时信号频谱分析系统，该系统以TMS320VC5402DSP作为系统数据处理核心，首先对信号作滤波处理，再通过AD9200高速模数转换芯片对数据信号进行采样，最后通过串口在PC 机上完成对数据的显示。
其中，DSP芯片完成数模转换和FFT变换。
应用DSP芯片，可以完全胜任较高频率信号处理的工作，在本系统中的信号频率为2MHz。
另外，本系统的设计能够实现对信号的实时频谱分析并显示。
关键词:频谱分析DSP FFTAbstractThis paper introduces the design of a real time signal spectrum analysis system,the system uses TMS320VC5402DSP as the core of data processing system,to complete the signal filter processing at frist and sampling the data signal by the high speed analog to digital conversion chip-AD9200.At last,the system will display the data by USART on the computer. What need points out is that DSP chip completes the conversion and FFT transform mainly. Application of DSP device can be fully qualified for the job that processing the high frequency signal.In addition,the frequency of the signal is about 2MHz.What's more,the design of this system can complete the real-time signal spectrum analysis and display.Keywords：Spectrum analysis DSP FFT目录摘要 (1)第一章前言 (4)第二章频谱仪原理 (4)第三章频谱仪硬件设计 (5)3. 1相关开发工具 (5)3.2频谱仪硬件设计 (5)3.2.1 系统设计方案 (5)3.2.2 电源 (6)3.2.3 滤波器 (7)3.2.4 ADC信号采集 (8)3.2.5 异步串行口 (9)第四章频谱仪软件设计与实现 (10)4.1系统软件框架图 (10)4.2 FFT实现 (10)4.2.1 FFT原理 (10)4.4.2 FFT软件实现框图 (12)4.3异步串行口 (12)第五章频谱仪结果分析 (13)5.1结果分析 (13)5.2总结 (13)参考文献 (13)附录 (14)附1 元器件清单明细 (14)附2 源代码 (14)第一章前言频谱分析实质是对信号功率谱的估计，功率谱技术渊源很长，广泛应用于雷达、声纳、通信、地质探测、天文生物医学工程等众多领域，是军用和民用电子测试不可或缺的设备，例如，对各类旋转、电机、机床等机器的主题或部件进行实际运行状态下的谱分析，可以提供设计数据和检验设计结果，或者寻找震源和诊断故障，保证设备的安全运行等。
系统总体设计方案及实现方框图
简易频谱分析仪(C题)摘要本系统以单片机(MCU）为控制核心，辅以可编程逻辑器件（FPGA)，用数字频率合成芯片AD9851产生扫频信号，利用无源混频器件ADE—1ASK实现混频,基于外差式频谱分析原理,成功实现了对频率范围为1MHz～30MHz电压有效值为20mV 5Mv的信号的频谱测量与分析，并将其在示波器上显示，测量的中心频率和扫频宽度可通过键盘设置并在单片机的液晶屏上显示其频率及幅值。
人机界面友好关键词：外差式频谱分析DDS扫频示波器显示无源混频Facile Spectrum Analysis ApparatusAbstractBased on the theory of spectrum analysis，with SCM as its nucleus and FPGA as its subsidiary part，applying the DDS technology to generate frequency-scaning signals，the apparatus is able to analyze input signals and display the result on the oscillograph。
The frequency of the given signal can range from 10MHz to 30MHz and the virtual volt from 20mv to 5Mv, with both central frequency and scaning frequency range changeable.Keywords: spectrum analysis，DDS frequency scaning1。
1题目任务要求及相关指标的分析21。
1。
1设计任务：21.1。
2.设计要求:21。
2方案的比较与选择31。
2。
1扫频信号发生器的设计方案论证与选择:31。
频谱分析仪使用方法说明书
频谱分析仪使用方法说明书一、引言频谱分析仪是一种用于分析信号频谱的仪器，广泛应用于无线通信、电子设备测试、音频视频处理等领域。
本说明书旨在详细介绍频谱分析仪的使用方法，帮助用户正确操作并快速掌握相关知识。
二、仪器概述频谱分析仪由主机和附件组成，主机包含显示屏、控制按钮和接口等。
附件包括电源适配器、电缆和天线等。
在使用前，请确保已正确连接各部分，并确认仪器处于正常工作状态。
三、基本操作1. 打开仪器电源：将电源适配器插入电源插座，然后将电源线与仪器连接。
按下电源按钮，等待仪器启动完成。
2. 调整显示参数：通过屏幕上的触控按钮或旋钮，设置显示模式、分辨率、屏幕亮度等参数，以满足实际需求。
3. 设置信号源：将待测信号源通过电缆连接至仪器的输入接口。
根据信号源的特性，设置输入衰减、频率范围等参数。
4. 进行测量：点击仪器界面上的测量按钮开始频谱分析。
在分析过程中，可以通过调整参数、切换模式等进行实时监测和分析。
5. 结果保存：测量完成后，可以将结果保存至仪器内部存储器或外部存储设备中。
按照仪器的操作指南，选择存储路径和文件名，并确认保存。
四、高级功能1. 信号捕获与回放：频谱分析仪具备信号捕获和回放功能，可以捕获待测信号并进行离线分析，或回放已保存的信号数据进行再次分析。
2. 频谱监测与报警：设置仪器的频谱监测功能，即可实时监测特定频段内的信号活动，并设置相应的报警条件和方式，以便及时发现异常情况。
3. 扩展功能：根据具体型号和配置，频谱分析仪还可提供其他扩展功能，例如无线通信协议解码、频率校准等。
请参照相关文档和操作指南，了解和使用这些功能。
五、常见问题与解决方法1. 仪器无法启动：检查电源适配器和电源线是否接触良好，确认电源插座是否正常工作。
2. 仪器无法检测到信号：检查信号源的连接是否正确，确认输入接口的设置是否符合信号源的要求。
3. 测量结果不准确：可能是由于环境干扰、输入参数设置错误等原因导致。
简易数字频谱分析仪
简易数字频谱分析仪作者：梁露潇韦成孟杨海滔来源：《沿海企业与科技》2007年第07期[摘要]随着极端机和微电子技术的飞速发展，基于数字信号处理的频谱分析已经应用到各个领域并且发挥着重要作用。
该“数字频谱分析仪”以89S52单片机为控制核心，以FPGA为数据采集、分析、FFT变换核心，完成了对连续性周期和非周期信号的频谱分析。
该系统可以对信号进行采集，并进行数据的领域处理，然后直接在普通示波器上显示信号的频谱特性曲线。
通过实验测试，该频谱分析系统使用简便直观，只要接到信号源与示波器之间，即可观察信号的频谱。
[关键词]单片机；频谱分析；FPGA；FFT；ADC08200[中图分类号]TP216+.3[文献标识码]A[文章编号]1007-7723(2007)07-0036-0002一、方案设计与论证(一)频谱方案设计与论证方案一：扫频外差法扫频外差法是将频谱逐个移进不变的滤波器。
其简单原理图如图1，图中窄带滤波器的中心频率是不变的，被测信号与扫描的本振混频后，使信号的频谱分量依次地移入窄带滤波器，检波放大后与扫描时基线同步显示出来。
此方案是方案一的逆向设计，是最为成功的一种方法，它能分析较为广阔的频谱。
关键部分也是硬件电路，软件部分相对简单，但根据现有的技术水平和仪器设备，很难做到较为精密、步进连续、频率较广的压控振荡器，实现对输入信号的频谱搬移，而且窄带滤波器和检波对数放大器也是设计电路的难点。
方案二：数字滤波法数字滤波法是仿照模拟频谱仪的方法，用数字滤波器代替模拟滤波器，为了数字化，在滤波器前要加入取样保持电路和模数转换器，数字滤波器的中心频率可由控制/时基电路使之顺序改变。
与模拟滤波器相比较，它的滤波特性好，可靠性高。
但是，对大量数据序列进行滤波(实现卷积运算)会导致系统速度较慢，影响测量速度。
方案三：FTT.频谱分析仪传统的频谱分析仪有明显的缺点。
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。
频谱分析仪原理
频谱分析仪原理
频谱分析仪是一种用来测量信号频谱分布的仪器。
它基于傅里叶变换的原理，将时域信号转换为频域上的能量分布。
其工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 采样：首先，频谱分析仪对待测信号进行采样，将连续的信号转换为离散的样本点。
2. 加窗：为了避免频谱泄露和干扰，对采样得到的样本数据进行窗函数处理。
窗函数可以减少信号末端样本的突变，提高频谱分辨率。
3. 傅里叶变换：采用傅里叶变换算法，将时域信号转换为频域上的能量分布。
这可以通过离散傅里叶变换（DFT）或快速傅里叶变换（FFT）实现。
4. 数据处理：对傅里叶变换的结果进行幅度和相位的计算，得到频谱图。
通常，频谱图以频率为横轴，能量或幅度为纵轴进行表示。
5. 显示和分析：最后，频谱分析仪将频谱图以图形的形式显示出来，便于用户对信号频谱进行直观的观察和分析。
用户可以根据频谱图上不同频率分量的能量分布，进行信号的频率测量、信号波形恢复、噪声干扰分析等应用。
总的来说，频谱分析仪的工作原理是通过采样、加窗和傅里叶变换等步骤，将时域信号转换为频域上的能量分布，从而实现
对信号频谱分布的测量与分析。
通过频谱分析，可以获取信号在不同频率上的能量分布情况，为用户提供有关信号特性和干扰情况的重要信息。
NF-5035手持频谱仪简易中文操作说明书
1/25 使用之前注意事项 SMA 接头输入信号绝不能有直流成分！否则，必须采用直流隔离器。
SMA 接头输入信号电压不允许超过 200mV！ 仪器工作环境温度：0°C - 40°C。
仪器工作环境相对湿度：小于 85%。
仪器和微机相连的 USB 电缆必须具有消除电磁干扰的措施。
AC-DC 电源： AC 输入： 50Hz , 100-240V，0.4A； DC 输出: 12V, 0.75A,Φ3.5mm 插头，内正外负。
给机内电池充电前，切记把插头 全 部 插 入 插 孔，避免充不上电！ 为了运输安全，新仪器中电池只充了一点电。
新的标配 1300mAh 电池充满约需 24 小时，新的选配 3000mAh 电池充满约需 45 小时左右。
其余操作事项以及说明参见用户手册(英文)。
既有 HF-60105 又有 NF-5035 的用户，建议先看 NF-5035 操作手册。
2/25 NF-5035 频谱分析仪 DC 电源插口 耳机插口 转盘SMA 接头 外接探头 或者信号USB 插口不同测量 任务需要 用户给频 谱仪设置 不同参数通过面板操作键 以及显示屏菜单 设 置 参 数3/25 频谱仪操作键连接微机 USB 插口转 盘数字键 或热键点键Shift 电源开关 回车 清零 或 启动工频磁场测试 导航 菜单 各 种 操 作 键 NF-5035 有三种工作模式： 频 谱 分 析、 暴 露 限 值、 音 频 解 调。
R3131A频谱分析仪的使用
R3131A频谱分析仪的使用R3131A频谱分析仪是一种高性能的仪器设备，用于测量和分析电磁信号的频率和幅度。
它的使用广泛应用在信号调研、无线通信、雷达系统、射频设备测试等领域。
本文将介绍R3131A频谱分析仪的使用方法以及其主要功能和特点。
一、R3131A频谱分析仪的基本操作1.准备工作首先，将R3131A频谱分析仪连接到电源，并将信号源与仪器连接。
确保仪器和信号源处于正常工作状态。
2.打开仪器按下R3131A频谱分析仪的开关按钮，然后等待仪器自检完成。
在仪器准备好之后，屏幕上将显示主界面。
3.屏幕设置根据需要，可以设置屏幕的亮度、对比度等参数。
通过仪器的菜单选项，可以进入屏幕设置界面并进行相关设置。
4.选择工作模式5.设置参数在进入相应的操作界面后，可以进行参数设置。
例如，在频谱分析模式下，可以设置中心频率、带宽、扫描时间等参数。
通过仪器的旋钮和按键，可以方便地进行参数的调整。
6.开始测量确认参数设置正确后，按下“开始”按钮，R3131A频谱分析仪将开始测量并显示相应的频谱图。
可以根据需要，通过调整参数和设置功能选项，对测量结果进行优化和分析。
7.数据处理二、R3131A频谱分析仪的主要功能和特点1.高性能测量2.宽带宽扫描3.高分辨率显示4.全面的参数设置5.数据处理和输出总结起来，R3131A频谱分析仪是一种高性能的仪器设备，用于测量和分析电磁信号的频率和幅度。
通过简单的操作，可以获得准确、可靠的测量结果，并提供全面的数据处理和输出功能。
在信号调研、无线通信、雷达系统等领域的应用中具有重要的作用。
频谱分析仪的使用方法
频谱分析仪的使用方法一、频谱仪的使用方法频谱仪主要用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，在使用前，应仔细阅读使用说明书，了解频谱仪的各种按键的作用，以及它们的操作，看完后，我们就来了解一下频谱仪的操作步骤：1、按Power On键开机。
2、开机三十分钟后进行自动校准，先按Shift+7（cal），之后再按cal all，这个过程一般会持续三分钟左右。
3、校准好之后设置中心频率数值，按FREQ键，按下FREQ键之后我们会看到显示的数值以及单位。
4、按Span键，之后输入扫描的频率宽度大概值，然后键入单位。
5、按Level键，输入功率参考电平REF的数值，然后键入单位。
6、按REF offset on，输入接头损耗、线损耗以及仪器之间的误差值。
7、按BW键，分别设置分辨带宽RBW和视频宽度VBW。
8、按Sweep键，再按SWP TIme AUTO/MNL输入扫描时间周期，键入单位。
9、按shift+Recall键，将设置好的信息保存。
10、按recall键，选择需调用信息的位置按ENTER，将需要的设置信息调出来。
11、按PK SRCH键，通过Mark键可读出峰值数值，之后可以判断峰值是不是合格。
该图片由注册用户"荆湖酒徒"提供，版权声明反馈二、频谱分析仪使用注意事项频谱分析仪是很多研发单位经常使用的仪器，作为精密仪器，操作是很讲究的，必须要规范操作使用。
使用频谱仪要注意的事项主要有：1、非相关人员不得随意使用。
2、开机后应预热三十分钟，当测试环境温度改变3-5度时，应该重新进行校准。
3、加电之前确保电源接法正确，保证地线可靠接地。
4、测试信号时一般需要在频谱仪上接一个转换头，注意将转换头的螺纹和频谱仪的螺纹对齐再用力拧，否则容易将螺纹损坏（安装和拆卸时需要注意）。
5、测量大于30dBm的大功率信号时，先加上衰减器在进行测试，以免功率过大将频谱仪烧坏。
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简易频谱分析仪[ 2005年电子大赛二等奖]摘要：本设计以凌阳16位单片机SPCE061A为核心控制器件，配合Xilinx Virtex-II FPGA及Xilinx公司提供的硬件DSP高级设计工具System Generator，制作完成本数字式外差频谱分析仪。
前端利用高性能A/D对被测信号进行采集，利用FPGA高速、并行的处理特点，在FPGA内部完成数字混频，数字滤波等DSP 算法。
SPCE061A单片机是整个设计的核心控制器件，根据从键盘接受的数据控制整个系统的工作流程，包括控制FPGA工作以及控制双路D/A在模拟示波器屏幕上描绘频谱图。
人机接口使用128×64液晶和4×4键盘。
本系统运行稳定，功能齐全，人机界面友好。
关键字：SPCE061A 简易频谱分析仪一、方案论证频谱分析仪是在频域上观察电信号特征，并在显示仪器上显示当前信号频谱图的仪器。
从实现方式上可分为模拟式与数字式两类方案，下面对两种方案进行比较：方案一：模拟式频谱分析仪模拟方式的频谱仪以模拟滤波器为基础，通常有并行滤波法、顺序滤波法，可调滤波法、扫描外差法等实现方法，现在广泛应用的模拟频谱分析仪设计方案多为扫描外差法，此方案原理框图如图1.1：图 1.1 模拟外差式频谱仪原理框图图中的扫频振荡器是仪器内部的振荡源，当扫频振荡器的频率在一定范围内扫动时，输入信号中的各个频率分量在混频器中产生差频信号（），依次落入窄带滤波器的通带内（这个通带是固定的），获得中频增益，经检波后加到Y放大器，使亮点在屏幕上的垂直偏移正比于该频率分量的幅值。
由于扫描电压在调制振荡器的同时，又驱动X放大器，从而可以在屏幕上显示出被测信号的线状频谱图。
这是目前常用模拟外差式频谱仪的基本原理。
模拟外差式频谱仪具有高带宽和高频率分辨率等优点，但是模拟器件调试复杂，短期实现有难度，尤其是在对频谱信息的存储和分析上，逊色于新兴的数字化频谱仪方案。
方案二：数字式频谱分析仪数字式频谱仪通常使用高速A/D采集当前信号，然后送入处理器处理，最后将得到的各频率分量幅度值数据送入显示器显示，其组成框图如图1.2：图 1.2 数字式频谱仪组成框图按照对信号处理方式的不同，数字式频谱仪可分为以下三种：(1)基于FFT技术的数字频谱仪：这种频谱仪利用快速傅里叶变换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。
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。
FFT技术的数字式频谱分析仪在速度上明显超过传统的模拟式频谱分析仪，能够进行实时分析。
但由于FFT所取的是有限长度，运算的点数也是有限的，因此，实现高扫频宽度和高频率分辨率需要高速A/D转换器和高速数字器件的配合。
(2)基于数字滤波法的数字式频谱仪这种频谱仪原理上等同于模拟频谱仪中的并行滤波法或可调滤波法，通过设置多个窄带带通数字滤波器，或是中心频率可变的带通数字滤波器，提取信号经过数字滤波器的幅度值，实现测量信号频谱的目的，该方法受到数字器件资源的限制，无法设置足够多的数字滤波器，从而无法实现高频率分辨率和高扫频宽度。
(3)基于外差原理的数字式频谱仪"数字式外差"原理是把模拟外差式频谱分析仪中的各模块利用数字可编程器件实现，其原理框图如图1.3：图1.3 基于外差原理的数字式频谱仪原理框图信号经高速A/D采集送入处理器，通过硬件乘法器与本地由DDS产生的本振扫频信号混频，变频后信号不断移入低通数字滤波器，然后提取通过低通滤波器的信号幅度，根据当前频率和提取到的幅度值，即可以绘制当前信号频谱图。
该方案利用数字器件实现传统方式上的外差式扫频仪，不但提高了速度，同时还可以对频谱信息实现存储和分析。
理论上，只要数字滤波器的阶数足够高，频率分辨率可以做到很小，相比FFT数字频谱仪方案和数字滤波法，系统中只要使用一个固定截止频率的低通滤波器，消耗资源少，同时可以省去大容量的存储器，这就在保证系统精度的前提下提高了系统集成度，节省了宝贵的片内资源。
鉴于系统要求基于超外差原理设计频谱分析仪，权衡超外差频谱仪的模拟方案与数字方案，本系统采取方案二中的数字外差法方案。
二、详细软硬件设计系统采用XILINX VIRTEX-II 100万门的FPGA，将本振扫频，混频，放大，低通滤波，提取峰值等工作全部数字化实现。
控制方面，由凌阳单片机SPCE061A 作为控制核心，实现人机接口和最后频谱图的模拟示波器显示，系统构成框图如图2.1：图 2.1数字外差式频谱仪系统构成框图1、硬件设计（1）信号采集电路系统要求输入信号有效值20mV5mV，输入阻抗为50Ω，对于这种小信号，首先需要经过前级放大才能避免误差和干扰，前端运放采用高速运放THS4501，370MHz单位增益带宽，差分输出，按照芯片数据手册建议，反馈电阻选取5.1K，此时前级增益为10倍。
A/D选用TI公司的10位高速模/数转换器AD5102，AD5102为低功耗CMOS、1.8V单电源供电、1V峰峰值输入、65MSPS模/数转换器，数据总线为10位并行三态输出，AD5102采用差分输入，可以有效抑制共模噪声。
信号采集部分硬件电路图见图2.2。
图 2.2前端采集系统电路图（2）控制核心设计控制核心采用凌阳16位单片机SPCE061A，实现数据处理、与FPGA通讯、人机交互以及示波器控制。
SPCE061A丰富的中断源、可编程的I/O口及友好的调试环境为我们的设计提供了方便。
凌阳单片机SPCE061A内部结构图如图2.3：图 2.3 凌阳内部结构图（3）运算核心设计本系统以XILINX 100万门 FPGA Virtex-II 为作为运算核心，它除了内含大量可配置逻辑模块(CLB) ，输人输出模块(IOB)逻辑资源和布线资源外，还具有以下特点：a) 内部时钟速度可达420MHz，且具有丰富的全局时钟资源和数字时钟管理模块(DCM)，可以获得较小的时钟抖动。
b）具有为算术运算而特别设计的硬件结构，如18 bit×18 bit嵌入式硬件乘法器、快速进位链等。
c) 包含丰富的模块化RAM。
这些特点简化了逻辑设计，缩短了设计时间，为实现高速、实时DSP处理提供了极大的便利。
（4）示波器显示部分设计X-Y轴信号输出采用速度为10MHz的TLC7528双路D/A转换器，由凌阳单片机SPCE061A控制，电路图如图2.4：图 2.4 示波器控制电路考虑到输出的谱线较为陡峭的情况，为避免因为运放摆率过小，显示时造成拖尾现象，选用压摆率为12V/us的运放LF356。
（5）供电设计电源系统是影响系统稳定性的重要因素。
由于系统上的器件要求供电有1.5V，1.8V，3.3V，5V，12V等多种电压，电源系统采用了多路独立供电的方式，1.5V/1.8V/3.3V都由专用电源芯片TPS54613独立供电，5V由7805/7905提供，12V由7812/7912提供。
同时，由于整个系统主要有高速的数字器件组成。
系统在工作中，数字器件会在电源和地上引入大量的脉冲干扰。
对于高精度小信号的A/D转换器，为了保证采样精度，要求采样A/D的电源和地的噪声很小。
解决方案是通过π型滤波隔离数字部分和模拟部分供电，同时对数字地与模拟地实现布线隔离，并且通过电感把两部分地单点连接。
电路图如图2.5：图 2.5 π型网络供电部分硬件电路图见图2.6。
图 2.6 供电部分硬件电路图2、软件设计（1）单片机部分软件开发平台：◆ 操作系统Windows Xp sp2◆ 开发环境u'nSP IDE 1.8.4软件流程图如图2.7所示：图 2.7 单片机软件流程（2） FPGA部分软件开发平台：◆ 操作系统Windows Xp sp2◆ 开发环境 XILINX System Generator 6.3 ◆ XILINX ISE 6.3◆ MATLAB 6.5◆ 综合工具Synplify Pro 7.6◆ 仿真环境ModleSim 6.5Se◆ 调试工具ChipScope 6.3本系统FPGA软件设计采用Xilinx 提供的DSP设计工具System Generator。
首先利用System Generator对需要的操作进行数字的描述，然后得出算法的硬件实现。
System Generator设计的流程包括以下几个步骤：（1）用数学语言来描述算法；（2）在设计环境中实现算法，开始时用双精度；（3）把双精度算法转换成固定点算法；（4）把设计翻译成有效的硬件。
Simulink提供了一个可以创建和仿真动态系统的可视化的环境，System Generator以一个被称为Xilinx blockset 块包含在MATLAB/Simulink库里，并且System Generator作为一个软件把Simulink模型翻译成一个硬件可执行的模型。
System Generator把在Simulink中定义的系统参数对应成硬件实现时的实体、构造体、输入输出口、信号和属性。
此外，System Generator自动地为FPGA 的综合，HDL仿真和实现工具生成命令档。
System Generator设计流程如图2.8所示：图 2.8 SG设计流程扫频源需要输出的频率经过单片机计算得到相对应得DDS相位累加值，通过Gateway In1送入DDS模块。
锁存信号经过Gateway In2输入FPGA，其上升沿将Gateway In1输入的相位累加值锁存到DDS中的相位累加值寄存器中。
此时DDS 模块将会输出对应频率的扫频信号。
经过前级数据调理的输入信号与扫频信号在混频器Mult中相乘后，频谱被搬移到零频和2频率处。
将该信号经过FIR低通滤波器滤除2频率处的频率分量。
检波模块Convert用于将零频附近的信号的最大峰值提取出来，经过GateWay Out发送回单片机。
三、测试说明1、单频信号的频谱测试输入信号为单频信号，有效值20mV mV，在10KHz至30MHz范围内测试信号中心频率，并观察示波器显示谱线位置。
表 3.1 单频信号的频谱测试2、调幅信号的频谱测试输入信号为调幅信号，有效值20mV mV，调制度30％，调制信号频率为20kHz；在10KHz至30MHz范围内测试信号中心频率，并观察示波器显示频谱图。
表 3.2 调幅信号的频谱测试3、调频信号的频谱测试输入信号为调频信号，有效值20mV mV，调频波频偏为20KHz，调制信号频率为1KHz，在10KHz至30MHz范围内测试信号中心频率，并观察示波器显示频谱图。
表 3.3 调频信号的频谱测试4、信号识别准确度测试输入信号依次为等幅信号，调幅信号，调频信号，有效值20mV mV，调幅波调制度30％，调频波频偏为20KHz，调制信号频率为1KHz，在10KHz至30MHz 范围内测试信号识别准确性。