频谱分析仪频率分辨率影响因素
频谱分析仪基础知识-性能指标及实用技巧
频谱分析仪基础知识性能指标及实用技巧频谱分析仪是用来显示频域信号幅度的仪器，在射频领域有“射频万用表”的美称。
在射频领域，传统的万用表已经不能有效测量信号的幅度，示波器测量频率很高的信号也比较困难，而这正是频谱分析仪的强项。
本讲从频谱分析仪的种类与应用入手，介绍频谱分析仪的基本性能指标、操作要点和使用方法，供初级工程师入门学习；同时深入总结频谱分析仪的实用技巧，对频谱分析仪的常见问题以Q/A的形式进行归纳，帮助高级射频的工程师和爱好者进一步提高。
频谱分析仪的种类与应用频谱分析仪主要用于显示频域输入信号的频谱特性，依据信号处理方式的差异分为即时频谱分析仪和扫描调谐频谱分析仪两种。
完成频谱分析有扫频式和FFT两种方式：FFT适合于窄分析带宽，快速测量场合；扫频方式适合于宽频带分析场合。
即时频谱分析仪可在同一时间显示频域的信号振幅，其工作原理是针对不同的频率信号设置相对应的滤波器与检知器，并经由同步多工扫瞄器将信号输出至萤幕，优点在于能够显示周期性杂散波的瞬时反应，但缺点是价格昂贵，且频宽范围、滤波器的数目与最大多工交换时间都将对其性能表现造成限制。
扫瞄调谐频谱分析仪是最常用的频谱分析仪类型，它的基本结构与超外差式接收器类似，主要工作原理是输入信号透过衰减器直接加入混波器中，可调变的本地振荡器经由与CRT萤幕同步的扫瞄产生器产生随时间作线性变化的振荡频率，再将混波器与输入信号混波降频后的中频信号放大后、滤波与检波传送至CRT萤幕，因此CRT萤幕的纵轴将显示信号振幅与频率的相对关系。
基于快速傅立叶转换（FFT）的频谱分析仪透过傅立叶运算将被测信号分解成分立的频率分量，进而达到与传统频谱分析仪同样的结果。
新型的频谱分析仪采用数位方式，直接由类比/数位转换器（ADC）对输入信号取样，再经傅立叶运算处理后而得到频谱分布图。
频谱分析仪透过频域对信号进行分析，广泛应用于监测电磁环境、无线电频谱监测、电子产品电磁兼容测量、无线电发射机发射特性、信号源输出信号品质、反无线窃听器等领域，是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具，特别针对无线通讯信号的测量更是必要工具。
频谱分析仪的原理及应用
频谱分析仪的原理及应用（远程互动方式）一、实验目的：1、熟悉远程电子实验系统客户端程序的操作，了解如何控制远地服务器主机，操作与其连接的电子综合实验板和PCI-1200数据采集卡，具体可参照实验操作说明。
2、了解FFT 快速傅立叶变换理论及数字式频谱分析仪的工作原理，同时了解信号波形的数字合成方法以及程控信号源的工作原理。
3、在客户端程序上进行远程实验操作，由程控信号源分别产生正弦波、方波、三角波等几种典型电压波形，并由数字频谱分析仪对这几种典型电压波形进行频谱分析，并对测量结果做记录。
二、实验原理：1、理论概要数字式频谱分析仪是通过A/D 采样器件，将模拟信号转换为数字信号，传给微处理器系统或计算机来处理和显示，与模拟仪器相比，数据的量化更精确，而且很容易实现存储、传输、控制等智能化的功能。
电压测量的分辨率取决于A/D 采样器件的位数，例如12位A/D 采样的分辨率是1/4096。
在对交流信号的测量中，根据奈奎斯特采样定理，采样速率必须是信号频率的两倍以上，采样频率越高，时间轴上的信号分辨力就越高，所获得的信号就越接近原始信号，在频谱上展现的频带就越宽。
本实验系统基于虚拟仪器构建，数字频谱分析仪是通过PCI-1200数据采集卡来实现的。
通过虚拟仪器软件提供的网络通信功能，实现客户端与服务器之间的远程通信。
由客户端程序发出操作请求，由服务器接受并按照要求控制硬件实验系统，然后将采集到的实验数据发给客户端，由客户端程序进行处理。
频谱分析仪是在频域进行信号分析测量的仪器之一，它采用滤波或傅立叶变换的方法，分析信号中所含各个频率份量的幅值、功率、能量和相位关系。
频谱仪按工作原理，大致可分为滤波法和计算法两大类，本实验所用的数字频谱分析仪采用的是计算法。
计算法频谱分析仪的构成如图1所示：图1 计算法频谱分析仪构成方框图数据采集部分由数据采集部分由抗混低通滤波（LP ）、采样保持（S/H ）和模数转换（A/D ）几个部分组成。
频谱分析仪检测电路信号质量
频谱分析仪检测电路信号质量频谱分析仪有许多功能，能察觉元件在电路中的变化，分析其频率响应来说明电路特性；也能测量信号强度，对信号失真有帮助；也能测量频率占有率，防范邻近信号干扰；并且是兼具计频器与功率计的仪器。
日常生活里充斥频谱(Spectrum)的概念，各种不同频率信号以机率分配方式存在。
在一般时域分析(Time-domain Analysis)中，很容易从时间轴上观察到任何信号波形变化事件，只要用示波器测量，就能看出任何具有时间函数的电子信号事件的瞬间物理量。
频谱分析仪的发展起源，从早期通信系统上频率测量开始，为实现以频率为基准点，在频域上检测信号而研发的仪器，广泛用于测量通信系统的各种重要参数，如平均噪声位准(Average Noise Level)、动态范围(Dynamic Range)、频率范围(Frequency Range)等。
此外还可用在时域测量，如测量传输输出功率等。
从功能面看，一般计频器只能测量信号频率，功率计能测量信号功率，频谱分析仪可视为兼具计频器与功率计的测量仪器(表1，*：指模拟解调)。
频谱分析与时域分析相辅相成如要理清信号特性，除使用示波器从时域(Time Domain)观察信号外，需从频率的角度，简称频域(Frequency Domain)去分析信号。
用示波器观察信号无法一窥全貌，只能看到组成后的波形。
法国数学家傅立叶(Jean-Baptiste-Joseph Fourier)认为，任何时域上的电子信号现象，皆由多组适当的频率、振幅与相位的弦波信号(Sine Wave)组成。
因此，任何有适当滤波功能的电子系统，必可将信号波形分解成多个分别不同的弦波或频率，不同弦波则由其所具有的振幅与相位来决定信号特性。
换言之，借由这种组成分析，可将弦波信号由时域转为频域。
对无线射频(RF)与微波信号而言，不加入分析要素时，保留相位信息往往会使转换过程变得复杂，因此要设法隔离相位信息。
DSB调制及频谱仪的设置
频谱分析仪的“频率分辨率”：
1）首先，我们确定的是采样频率，也就是根据Shannon定理确定的；
2）然后才是确定采样长度（采样窗长度)，这就需要根据需要解析的最近的频谱来确定了，就是采样长度（窗长度）：M >（fs/Δf）；
例如：采样频率32KHz，要分辨Δf为100Hz的话，M至少为320，而且M一般取2的n 次方，所以M实际取值512，要分辨得更好，M还要增大，可取1024，2048，
下面给了两个如何设置频谱分析仪的例子：
音频用了44100采样，窗口长2048，
RF信号（30MHz载波）用了88200000采样，窗口长65536*8=524288，如果窗口再长，分辨得更准，但是我这内存出错了
采样率在仿真参数设置、模块属性里设置
频谱仪的采样窗口大小：
频谱仪的观测频率范围设置
采样率在仿真参数设置、模块属性里设置
双边带信号的频谱，谱线还不够精细
经过300Hz~3400Hz滤波器后的音频频谱：
音频调制到30MHz的双边带频谱：。
频谱仪
频谱分析仪一：有关频率的技术条件1、频率范围：频谱仪能调谐的频率成分，即最低与最高调谐频率。
E4407B频谱仪频率范围：9KHz— 26.5GHz最大输入功率：+30dBm（1W）2、分辩带宽：频率分辩率是频谱仪区分两根靠近谱线能力。
其决定于中频滤波器的3分贝带宽—RBW二：有关幅度的条件1、内部失真（1）剩余响应：在没有输入信号时，由于频谱内部振荡器屏蔽不良，内部电缆信号泄露，在频谱仪上会出现一些不需要的显示，称为剩余响应。
（2）虚假响应：频谱仪显示屏上出现于输入信号无关的相应，称为虚假响应。
2、灵敏度灵敏度是频谱仪可测量的最小信号。
灵敏度取决于显示的平均噪声电平，它是RBW的函数，分辩带宽越窄，噪声电平越低。
三、动态范围通常把不加衰减时的最佳输入信号电平往下直到灵敏度指标所代表的最小可用信号电平为止，这一信号幅度变化范围称为动态范围。
最佳信号电平-30dBm灵敏度-100dBm则动态范围70dB动态范围是灵敏度与精度的折衷。
大信号输入—灵敏度高，误差大小信号输入—失真小四、参数设置（一）ATT输入衰减设置原则:1、测量小信号时，ATT设置为0。
2、已知测试地点附近有大功率发射源时，ATT设置为30～50dB，然后随着测试结果再逐步调整。
3、未知附近电磁环境时，最好设置成与参考电平联动状。
一般情况下ATT设置为与REF联动，可以保证最优的电平读书精度和使频谱仪工作在最优的工作状态（主要指线性度等）（二）扫描时间(Sweep Time)、扫描点数(Sweep Points)、分辨率带宽(RBW )、扫频跨度(Span)。
分辨率带宽越宽扫描时间越短。
如果分辨率带宽太宽, 两个频率间隔较窄的信号就只能显示为一个。
但如果分辨率带宽太窄, 则由于窄带滤波器所需的响应时间较长, 当扫描速度太快时, 频谱仪的中频滤波器不能够充分响应, 结果幅度和频率的显示值变为不正确, 即幅度下降、频率向上移.为了保持正确的读数状态, 应该让扫描时间≥最快扫描时间(T )。
如何精确测量声音频率的方法和误差控制
如何精确测量声音频率的方法和误差控制声音频率（音调）是指声音的高低，是人们听觉感知中的重要参数之一。
精确测量声音频率对于音乐制作、音响调试等领域具有重要意义。
本文将介绍几种常用的声音频率测量方法以及误差控制技术。
一、频率测量的原理频率是指单位时间内发生的周期性事件的次数。
声音频率是指声波在单位时间内的振动次数，单位为赫兹（Hz）。
在测量声音频率时，常用的方法有使用频谱分析仪、频率计和音调检测器等。
二、使用频谱分析仪进行频率测量频谱分析仪是一种将连续信号变换为频谱参数的仪器。
频谱分析仪可以将声音信号进行傅里叶变换，将时域信号转换为频域信号，从而得到信号在不同频率上的能量分布情况。
通过观察频谱图可以确定声音的频率。
然而，频谱分析仪的测量误差较大，特别是在低频范围内。
这是因为频谱分析仪的测量结果受其分辨率和采样率的限制。
分辨率是指频谱分析仪在不同频率上能够区分的最小差别，采样率是指在单位时间内对信号进行采样的次数。
因此，对于低频信号，需要使用高分辨率和高采样率的仪器来进行测量，从而减小测量误差。
三、使用频率计进行频率测量频率计是一种测量信号频率的电子仪器。
常用的频率计有数字频率计和频率计芯片。
数字频率计通过对信号进行计数并根据计数结果计算频率，可以较精确地测量频率。
频率计芯片则通过内置的计数器和时钟来实现频率测量，测量结果可以直接显示在芯片上。
使用频率计进行频率测量时，需要选择适当的测量范围和精度。
在选择测量范围时，要根据待测信号的频率范围选择。
而在选择精度时，要根据测量要求和仪器的精确度限制来确定。
为了减小误差，可以进行多次测量并取平均值，如此可以提高测量精度。
四、使用音调检测器进行频率测量音调检测器是一种通过识别声音的音高来测量频率的设备。
音调检测器工作原理是接收声音信号进行分析，并将结果显示为相应的音高信息。
音调检测器多用于乐器调音和声音检测等领域，其测量精度较高。
然而，音调检测器的测量结果受到环境噪音的影响，尤其在噪音较大的情况下会导致测量误差增大。
数字中频式频谱仪的分辨率带宽设计
数字中频式频谱仪的分辨率带宽设计频谱分析仪按实现方式可分为模拟式和数字式两种，前者以模拟滤波器为基础，后者则以数字滤波器和FFT分析为基础。
相比之下，模拟式频谱分析仪不能获得实时频谱，且由于模拟滤波器会受到非线性、温漂、老化等影响，测量精度不高；而数字式频谱分析仪由于其基于数字滤波器，故而形状因子小，频率分辨率高，稳定性好，可以获得很窄的分析带宽，而测量精度较高；而且由于它基于高速ADC技术、数字信号处理技术、FFT分析等进行设计，因而具有多种谱分析能力。
随着现场可编程门阵列(FPGA) 器件、DSP器件等在芯片逻辑规模和处理速度等方面性能的迅速提高，数字式频谱仪的测量速度更快、实时性也更强。
在数字中频式频谱仪中，分辨率带宽滤波是数字中频处理模块设计的关键，它决定了频谱分析的有效信号带宽，同时表征频谱仪在响应中明确分离出两个输入信号的能力，是频谱仪的主要技术指标之一。
为了满足信号的实时性和精度要求，通常以高速A/D采样得到数字中频信号，但其数据率过高，故其成为数字处理的瓶颈。
一般需要使用数字正交解调技术将信号搬移至基带，然后通过多速率信号处理技术来设计抽取滤波器，以降低数据率，最终实现数字FIR滤波器。
本文采用数字下变频技术，并基于FPGA硬件设计数字中频处理模块，调用不同的IP核进行设计，同时采用参数可配置的结构来实现可变抽取率滤波器和分辨率带宽数字滤波器。
由于IP核是经过了严格的性能测试并且进行了优化，时序稳定，因而可以满足系统高速与实时性处理的要求。
1 数字下变频原理全数字中频处理技术是软件无线电中的关键技术之一，它主要应用于将中频信号下变频至基带信号，在降低采样率的同时，该技术可保证所需要的信号不被混叠，因而十分方便于后续更多基带信号处理技术的使用。
全数字中频技术包含数字正交解调技术和多抽样率信号处理技术两部分。
1.1 数字正交解调正交解调也称为正交变频，它主要通过数字混频实现，设输入中频信号为：其中，信号中心频率远大于信号带宽B，且信号的采样速率满足奈奎斯特定理，即f0>>B，fs>2B。
史上最好的频谱分析仪基础知识(收藏必备)
频谱分析是观察和测量信号幅度和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立叶变换的幅度。
信号频域分析的测量范围极其宽广，超过140dB，这使得频谱分析仪成为适合现代通信和微波领域的多用途仪器。
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与频率的关系，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。
利用这些信息，可以进行电路或系统的调试，以提高效率或验证在所需要的信息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利用，从研究开发到生产制造，到现场维护。
新型频谱分析仪已经改名叫信号分析仪，已经成为具有重要价值的实验室仪器，能够快速观察大的频谱宽度，然后迅速移近放大来观察信号细节已受到工程师的高度重视。
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。
有两种技术方法可完成信号频域测量（统称为频谱分析）。
1．FFT分析仪用数值计算的方法处理一定时间周期的信号，可提供频率；幅度和相位信息。
这种仪器同样能分析周期和非周期信号。
FFT 的特点是速度快；精度高，但其分析频率带宽受ADC采样速率限制，适合分析窄带宽信号。
2．扫频式频谱分析仪可分析稳定和周期变化信号，可提供信号幅度和频率信息，适合于宽频带快速扫描测试。
v1.0 可编辑可修改图1 信号的频域分析技术快速傅立叶变换频谱分析仪快速傅立叶变换可用来确定时域信号的频谱。
信号必须在时域中被数字化，然后执行FFT算法来求出频谱。
一般FFT分析仪的结构是：输入信号首先通过一个可变衰减器，以提供不同的测量范围，然后信号经过低通滤波器，除去处于仪器频率范围之外的不希望的高频分量，再对波形进行取样即模拟到数字转换，转换为数字形式后，用微处理器（或其他数字电路如FPGA,DSP）接收取样波形，利用FFT计算波形的频谱，并将结果记录和显示在屏幕上。
频谱分析仪基础解析
1.频谱分析的基本概念 2. 频谱分析仪的基本原理 3. 频谱分析仪的基本指标 4. 影响频谱分析仪性能的因素
信号与频谱分析基本概念
信号的波形信息
信号的频域信息
信号的矢量域信息
2Hale Waihona Puke 示波器实现时域信号的实时测量，可以测量信 号的幅度，峰峰值，有效值，平均值，上升时 间，下降时间，周期，频率，脉冲宽度，脉冲 周期，脉冲超调量，振铃，稳态幅度，数字信 号的眼图，以及其它一些波形细节参数，是宽 带测量仪器，示波器的带宽，数字示波器的AD 采样频率决定了测量信号的最大带宽。
相位噪声显示和分辨率带宽RBW的设置有关。
本振相位噪声在频域上表现为信号频谱的噪声边带
2020/11/7
频谱仪测试的灵敏度
2020/11/7
影响频谱仪灵敏度的主要因素
衰减器设置
衰减器设置值 越大，噪声电 平越高。
2020/11/7
影响频谱仪灵敏度的主要因素
RBW
噪声电平随RBW按照
10logRBW1/RBW2
幅度
测量输入信号的动态范围- 可以测量的最大信号和最小信号 20log10(Vmax/Vmin)或者10log10(Pmax/Pmin)
灵敏度-可以检测的最小信号的功率 内部失真-可以检测的最大信号的功率
测试精度 幅度精度 频率精度
扫描速度
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频谱仪的主要性能指标
2020/11/7
频谱仪的主要参数设置
2020/11/7
非线性引起失真信号的变化规律
为减小频谱仪内部失真，混频器应尽量工作在低电平，应加大衰减 值。
2020/11/7
无失真测试动态范围
在内部失真和噪声电平之间进行折中。
频谱分析仪应用解惑之带宽
图 9 不同 RBW 的底噪高低 在测量靠近中心频率的发射分量时，需要采用较窄的分辨带宽。RBW 设置的大小能决定是否能把两个 相临很近的信号分开，只有设置 RBW 大于或等于工作带宽时，读数才准确；但是如果信号太弱而底噪又太 高，频谱仪则无法准确分辨信号，此时即使 RBW 大于工作带宽读数也会不准。 测试信道的功率或是链路噪声时，既不能太大，也不能太小，应该与信号的带宽相对应，一般的测试 规范中会给出相应的 RBW 条件。分辨率带宽常小于参考信道的带宽时，测量结果应为参考带宽内各分量的 总和（其和应为功率求 和，除非特别要求杂散信号按照电压求和） ，此时通常会使用频谱分析仪中 Meas 的 Channel Power 或 ACPR 等功能。
图 5 成型滤波器移动选择频率
如此来说，极端细致分辨能力的滤波器，相当于使用一个冲击函数去选择出需要的频率。如何构造一 个冲击函数形状的滤波器呢，它在时域上是时间无穷幅度不变的，也就是不可能构造出来。退一步讲，使 用一个矩形（形状因子为极限 1）作为选择的形状，仍然面临非常长的响应时间。也就是说矩形系数越好， 分辨能力越细的滤波器实现成本越高，所以说，把一个理论上本来就很干净的正弦波检测为一根同样干净 的细细的谱线，实现成本是非常巨大的，我们的工作就是在理想和现实之间寻找一个成本合适的平衡点： 这个滤波器既要有良好的形状选择性，又要易于实现，还要对于各种测量场景（功率，噪声，分析等）表 现较为一致的结果。 这时候高斯（Gaussian）滤波器闪亮登场了！是的，就是那个历史上最伟大没有之一的数学天才高斯， 拿破仑东征曾经因为他在哥根廷大学执教而放弃了炮轰这座城市。我们小学时有高斯计算 1+2+3+...+99+100 等差数列的故事， 中学时有高斯函数[x]， 大学时有高斯分布， 高斯不等式， 高斯过程…… 那么频谱分析仪中的高斯滤波器是什么样子，为什么频谱分析仪的频率选择使用了高斯滤波器？
频谱分析仪的主要性能指标
频谱分析仪的主要性能指标不同品种的频谱仪其技术参数不完全相同。
对于使用者来说，主要了解频率范围、扫描宽度、扫描时间、测量范围、灵敏度、分辨率及动态范围等。
1、频率范围频率范围指频谱仪能达到规定性能的频率区间。
现代频谱仪的频率范围通常从低频段到射频段、微波段，如0.15?1050MHz、30Hz?26.5GHz。
频率指中心频率，即位于显示频谱宽度中心的频率。
2、扫描宽度扫描宽度又称分析谱宽、扫宽、频率量程、频谱跨度等，指频谱仪在一次分析过程中所显示的频率范围，扫描宽度与分析时间之比就是扫频速度。
3、扫描时间扫描时间也称分析时间，指进行一次全频率范围的扫描并完成测量所需要的时间。
一般都希望测量速度越快越好，即扫描时间越短越好，但扫描时间与许多因素有关，过小会影响测量精度。
目前很多频谱仪有多挡扫描时间可选择，应选择适当的扫描时间进行测量。
4、测量范围测量范围指在任何环境下可以测量的信号与小信号的间隔。
可以测量的信号上限由安全输入电平决定（参考值30dBm(1W))，可以测量的信号下限由灵敏度决定（参考值-135?-115dBm)，且和频谱仪的小分辨带宽有关，由此推断，测量范围参考值在145?-165dBm。
5、灵敏度灵敏度指频谱仪测量微弱信号的能力，定义为显示幅度满度时，输入信号的小电平值。
灵敏度与扫速有关，扫速越快，动态幅频特性峰值越低，灵敏度越低6、分辨率分辨率指分辨频谱中两个相邻分量之间的小谱线间隔，表征仪器能够把靠得很近的两个谱线区分开来的能力。
频谱仪显示的每条谱线实际是窄带滤波器的动态幅频特性曲线，故频谱仪的分辨率主要取决于窄带滤波器的通频带宽度，因此定义窄带滤波器幅频特性的3dB带宽为频谱仪的分辨率。
很明显，若窄带滤波器的3dB带宽过宽，可能使两条谱线都落入滤波器的通频带，此时，频谱仪无法分辨这两个分量。
7、动态范围动态范围指能以规定的准确度测量同时出现在输入端的两个信号之间的差值。
动态范围上限受非线性失真的制约。
频谱分析仪的七大性能指标
频谱分析仪的七大性能指标
频谱分析仪是一种用于在频域中显示信号幅度的仪器。
它在射频领域有“射频万用表”的绰号。
在射频领域，传统的万用表无法有效测量信号的幅度，示波器很难测量高频信号，这是频谱分析仪的优势所在。
下面则对频谱分析仪的七大性能指标进行讲解。
1、输入频率范围
它指的是频谱分析仪可以正常工作的最大频率范围。
该范围的上限和下限由HZ表示，HZ由扫描本地振荡器的频率范围确定。
现代频谱分析仪的频率范围通常从低频段到射频频段，甚至微波频段，如1KHz到4GHz。
这里的频率是指中心频率，它是显示频谱宽度中心的频率。
2、分辨率带宽
光谱中两个相邻分量之间的最小行间距定义为HZ。
它表示光谱仪在指定的低点区分两个幅度相等的信号的能力。
在频谱分析仪的屏幕上看到的测量信号的频谱线实际上是窄带滤波器的动态幅频特性图（类似于钟形曲线）。
因此，分辨率取决于幅频带宽的带宽。
为窄带滤波器的幅度频率特性定义的。
频谱分析仪应用解惑之频率分辨力
频谱分析仪应用解惑之频率分辨力杨鼎深圳市鼎阳科技有限公司频谱分析仪应用解惑之频率分辨力带宽是频域分析中的常见指标，在上一部分的文章《频谱分析仪应用解惑之带宽》中，我们讲述了频谱分析仪中常见的分辨率带宽和视频带宽，文中提到RBW 的带宽和矩形系数是影响测量频率分辨力的两个主要因素，另外还有近端的相位噪声和本振的剩余调制。
相位噪声是一个复杂的因素，本文仅从频谱分析仪的频率分辨力这个角度来阐述。
在具体操作上，仪器的显示点数也在形式上影响着观察到的频率分辨力。
如图１所示为影响频率分辨力的四个因素。
图 1 影响频谱分析仪频率分辨力的四个因素我们先来解释几组测量中容易混淆的概念，一组是分辨率（Resolution ），准确度（Accuracy ）和精确度（Precision ），一组是频谱分析仪的频率分辨率和频率分辨力。
频谱分析仪是个复杂的测量系统，其准确度和精确度须要测量不确定度表示，本文不在此详述。
分辨率是个显示度量单位，通俗讲就是测量刻度的精细程度，是一个静态参数。
准确度和精确度是用来度量测量值和真实值之间差别的参数。
准确度表示测量值和真实值之间偏离的程度，是对系统误差和校准的度量；精确度用来表示多个测量值分布的离散程度，是对测量过程中随机噪声的度量。
我们举一个例子：多次测量一个值然后求平均。
见图2，平均值和真值之间的偏差表明了这次测量活动的准确度，多次测量值分布的位置表明了这次测量活动的精确度。
而分辨率，准确度和精确度之间其实是没有什么关系的，准确度差的测量系统可能拥有很高的精确度，分辨率高的测量系统可能也完全不具备好的精确度和准确度。
例如，一把尺子的分辨率到1 mm ，但是由于刻度分布不均，测量值和真实值的差别达到了10 mm ，准确度认为比较差，这种情况下这把尺子分辨率再高也并卵，然而由于测量系统的科学严谨，若干次测量的偏差都在2 mm 左右分布，表明这个测量过程的精确度还是比较高的。
杨鼎深圳市鼎阳科技有限公司图 2 准确度和精确度再来结合频谱分析仪的基本概念，频率分辨率就是频率轴的最小刻度单位，通常的频谱分析仪的频率分辨率都能够达到1Hz。
频谱分析仪基础知识
幅度 (功率)
时域测量 （示波器）
频域测量 （频谱仪）
2 频谱分析仪结构及原理
频谱分析仪的类型：傅立叶频谱分析仪和超外差式频谱分析 仪 FFT频谱分析仪：被分析的信号通过模数转换器采样，变成 离散信号，采样值被保存在一个存储器中，经过离散FFT变 换计算，计算出信号的频谱 FFT频谱分析仪不足之处：FFT分析仪不适合脉冲信号的分 析，而且由于A/D转换器速度的限制，FFT分析仪仅适合测 量低频信号
未经视频滤波
经过视频滤波
锯齿波发生器、本振和显示
锯齿波发生器既控制显示器上曲线的位置，又控制LO的频 率，所以就可以通过校准，用显示器的水平轴来表示输入信 号频率 任何振荡器都不是绝对稳定的，而是在一定程度上被随机噪 声调频或调相的。LO的不稳定性会直接影响由LO和输入信 号混频后的中频，因此，LO的相位噪声调制边带也会在显 示器上任何谱分量的两边出现，LO越稳定，相位噪声越低 YIG振荡器经常被用作本振，也由一些频谱仪采用压控振荡 器作为本振，其调节范围较小，但较YIG调整起来更快；为 了增加频谱仪的频率精度，本振信号可以是合成信号，也就 是说，本振经锁相环锁定在参考信号上。参考信号通常由一 个温控晶振产生，为了增加频率精度与长期的稳定性，大多 数频谱仪广泛采用恒温控制晶振
模拟滤波器
模拟 数字 15:1 滤波器 数字 5:1
FFT滤波器
如果单纯为了测试精度而设置非常窄的分辨率带宽，则会造 成无法容忍的长时间扫描，因此在非常高的分辨率的情况下 建议采用FFT滤波器，从时域特性计算频谱，见下图。当采 用FFT滤波器时，频率非常高的信号不能通过A/D直接采样， 须经过与本振混频变为中频并在时域对带通信号取样
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。
频谱分析仪的七大性能指标
频谱分析仪的七大性能指标频谱分析仪是一种用于在频域中显示信号幅度的仪器。
它在射频领域有“射频万用表”的绰号。
在射频领域，传统的万用表无法有效测量信号的幅度，示波器很难测量高频信号，这是频谱分析仪的优势所在。
下面则对频谱分析仪的七大性能指标进行讲解。
1、输入频率范围它指的是频谱分析仪可以正常工作的最大频率范围。
该范围的上限和下限由HZ表示，HZ由扫描本地振荡器的频率范围确定。
现代频谱分析仪的频率范围通常从低频段到射频频段，甚至微波频段，如1KHz到4GHz。
这里的频率是指中心频率，它是显示频谱宽度中心的频率。
2、分辨率带宽光谱中两个相邻分量之间的最小行间距定义为HZ。
它表示光谱仪在指定的低点区分两个幅度相等的信号的能力。
在频谱分析仪的屏幕上看到的测量信号的频谱线实际上是窄带滤波器的动态幅频特性图（类似于钟形曲线）。
因此，分辨率取决于幅频带宽的带宽。
为窄带滤波器的幅度频率特性定义的3dB带宽是频谱分析仪的分辨率带宽。
3、敏感性频谱分析仪在给定分辨率带宽，显示模式和其他因素下显示最小信号电平的能力以dBm，dBu，dBv，V等表示。
超外差光谱仪的灵敏度取决于仪器的内部噪声。
测量小信号时，信号线显示在噪声频谱上。
为了从噪声频谱中轻松看到信号线，一般信号电平应比内部噪声电平高10 dB。
此外，灵敏度还与扫描速度有关。
扫描速度越快，动态幅频特性的峰值越低，灵敏度越低，产生幅度差。
4、动态范围可以以指定的精度测量输入端同时出现的两个信号之间的最大差异。
动态范围的上限受到非线性失真的约束。
有两种方法可以显示频谱分析仪的幅度：线性对数。
对数显示的优点在于它可以在屏幕的有限有效高度范围内获得大的动态范围。
频谱分析仪的动态范。
频谱分析仪的特性
频谱分析仪的特性扫频外差式频谱分析仪的主要工作特性有幅频特性、频率特性和扫频特性。
1.幅频特性(1)量程被分析的信号包含有各种频率分量，而且各频案分量的幅值相差甚远，故要求仪器要有非常宽的量程，一般都在 120dR 以上。
(2)动态范围频谱仪的动态范围上限主要由非线性失真来决定，而动态范围的下限主要由仪器的剩余响应决定。
剩余响应是指没有信号输入时,由于内部或外部的某些干扰,屏幕上仍出现一些不需要的业示。
动作范围一般在60~120dB内。
(3)灵敏度它表征了仪器测量微小信号的能力。
显示幅度为满度时输入信号的电平值称为灵敏度。
仪器的灵敏度越高,动态范围就越大。
2.频率特性(1)频率范围，能够被分析的输入信号的频率的上，下限之间的频段称为频谱仪的频率范围。
(2)频率分辨率，频谱仪能区分的最小谱线间隔称为频率分排率。
它表征辨别两个很接近的频率分量的能力。
中预放大器和滤波器的带宽都是影响频率分辨率的主要因素。
3.扫频特性(1)扫频宽度(分析频谱)频谱仪在一次分析中所显示的频率范围称为扫频宽度。
扫频宽度愈宽，愈能观测被测信号的全貌，但其频谱分辨力较低，不宜分析频谱细节。
通常扫频宽度是可调的。
每厘米对应的扫频宽度称为频宽因数。
用 k11/cm或 MHz/mm 表示。
(2)分析时间和扫频速度，完成一次频谱分析所需的时间称为分析时间,即是本机振荡器频率扫完整个扫频宽度所需的时间。
扫频宽度与分析时间之比称为扫频速度。
扫频速度对灵敏度和频率分辨率是有影响的。
可以证明，扫趣速度快,都率分辨率要不坏，"敏度也要下降，要合理选择扫须速度,以保证有较高的灵敏度和较好的分排率。
频谱分析仪中频滤波器对频率分辨率的影响
即 当我 们用 带宽 为 ｌ ｋ Ｈ ｚ 、形状 因子为 １ ２ ： １ 的中 频滤 波器 时 ，最 大 可 以分辨 出偏离 ４ ． ５ ｋ Ｈ ｚ 、幅度 差 为４ ５ ｄ Ｂ 的两个信号 。图３ 就清 楚地表 明了这一 点。 ２ ）当 我 们 选 择 形 状 因子 为 １ ５ ： １ 、 频 偏 ４ ． ５ ｋ Ｈ ｚ 时 ，在 ３ ｋ Ｈ ｚ 和ｌ ｋ Ｈ ｚ 的 能分 辨 的 最 小信
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即当我们 用带 宽为 ｌ ｋ Ｈ ｚ 、形状 因子 为 １ ５ ： ｌ 的中 频 滤波 器 时，最 大可 以分辨 出偏 离信 号 ４ ． ５ ｋ Ｈ ｚ 、幅 度 差为 ３ ６ ｄ Ｂ 的两个信 号 。 上 面 的计算 显 得稍 微 复杂 了一些 ，但 它 充分 说 明了这 样一 个事 实 ：在 相 同的形 状 因子 的情况 下 ， 小 ，分辨 小信 号 的能力越 强 ；在 相 同的 册 情况 下 ，形状 因子越 小 ，分 辨 小信号 的 能力越 强 。 在实 际使 用 中我 们并 不 需要进 行 这样 的计 算 ，但 是 对于我们 理解 中频滤波器 的特 点是有帮 助的 。 由以上 的讨 论 可 以看 出，对 于我 们 在用 频谱 分 析仪 对信 号进 行 分析 观察 时 ，影 响到 频率 分辨 率 的 主要有 两 个 因素 ：一 个就 是分 析仪 所用 的中频滤 波 器 的形 状 因子 ；另 外 一个 就是 我 们所选 用 的分辨 带 宽 。一 台 分析 仪 的形状 因子是 无法 改变 的，而分 辨 带 宽一 般 是可 调 的， 因而我 们 在使用 中可 以通 过 调 整 分辨带 宽来达 到我们 的 目的 。 （ 收稿 日期 ２ ０ ０ ７ — ０ ２ － ０ ７）
频谱分析仪基础知识-史上最好的
史上最好的频谱分析仪基础知识（收藏必备）前言频谱分析是观察和测量信号幅度和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立叶变换的幅度。
信号频域分析的测量范围极其宽广，超过140dB，这使得频谱分析仪成为适合现代通信和微波领域的多用途仪器。
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与频率的关系，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。
利用这些信息，可以进行电路或系统的调试，以提高效率或验证在所需要的信息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利用，从研究开发到生产制造，到现场维护。
新型频谱分析仪已经改名叫信号分析仪，已经成为具有重要价值的实验室仪器，能够快速观察大的频谱宽度，然后迅速移近放大来观察信号细节已受到工程师的高度重视。
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。
有两种技术方法可完成信号频域测量（统称为频谱分析）。
1．FFT分析仪用数值计算的方法处理一定时间周期的信号，可提供频率；幅度和相位信息。
这种仪器同样能分析周期和非周期信号。
FFT 的特点是速度快；精度高，但其分析频率带宽受ADC采样速率限制，适合分析窄带宽信号。
2．扫频式频谱分析仪可分析稳定和周期变化信号，可提供信号幅度和频率信息，适合于宽频带快速扫描测试。
图1 信号的频域分析技术快速傅立叶变换频谱分析仪快速傅立叶变换可用来确定时域信号的频谱。
信号必须在时域中被数字化，然后执行FFT算法来求出频谱。
一般FFT分析仪的结构是：输入信号首先通过一个可变衰减器，以提供不同的测量范围，然后信号经过低通滤波器，除去处于仪器频率范围之外的不希望的高频分量，再对波形进行取样即模拟到数字转换，转换为数字形式后，用微处理器（或其他数字电路如FPGA,DSP）接收取样波形，利用FFT计算波形的频谱，并将结果记录和显示在屏幕上。
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