频谱分析仪基础知识
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❖ 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
超外差频谱分析仪
❖ 这种频谱分析仪对输入信号的分析，并不是从时间特性计算 得来的，而是由频域分析直接决定的。对于这样的分析，必 须把输入频谱分成各个独立的部分。可调带通滤波器就是为 此目的而使用的
❖ 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
❖ 有些频谱分析仪的带宽选择性定义为60dB与3dB带宽之比， 如下图，也有的频谱分析仪的选择性用60dB和6dB带宽之比 表示
3 dB 60 dB
3 dB BW
选择性 =
60 dB BW 3 dB BW
❖ 两等幅信号的测试
10 kHz RBW 3 dB
10 kHz
频谱仪对不等幅信号的分辨能力
频域和时域
❖ 早期的信号观察，主要依赖示波器在时域内观察信号；傅立 叶变换告诉我们：任何时域内电信号都是由一个或多个不同 频率、不同幅度和不同相位的正弦波组成的，但应用示波器 无法观察到频域内信息，只能在时域内观察；应用频域测量， 就能以频谱的形式显示出每个正弦波的幅度随频率变化的情 况；
❖ 下图是信号在时域和频域内观察的结果，由此可以清楚看出 信号在频域观察的必要性：时域得到的是信号的波形信息， 不能测量混合信号，如果存在干扰或失真信号，在时域上无 法区分有用信号和无用信号；
❖ 混频器对输入RF小信号而言是线性网络，当输入信号幅度 逐渐增大时，就存在着非线性失真问题，所以输入信号的幅 值应低于频谱分析仪的1dB压缩点
中频放大器
❖ 输入信号经过了前置衰减器，电平降低，为了恢复信号幅值， 补偿输入衰减器的变化，在混频后对中频信号进行放大
❖ 在放大有用信号的同时，噪声和干扰信号也被同时放大
频谱分析仪的基础知识
主要内容
❖ 阐述频谱分析仪测量的主要应用； ❖ 介绍频谱分析仪内部结构及工作原理； ❖ 说明频率分辨率、灵敏度和动态范围等重要指标在分析仪测
量中的重要作用。
8563A
SPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHz
要达到的学习目标
❖ 了解频谱分析仪结构原理，了解频谱 分析仪性能指标； ❖ 熟练应用频谱分析仪。
❖ 超外差频谱分析仪内部结构如下图
RF 输入
IF
输入
衰减器 混频器 增益
滤波器
IF 滤波器
检波器
对数 放大器
视频 滤波器
本地 振荡器 频率基 准
扫频 发生器
显示
原理分析
❖ 信号分析过程如下：被测信号经过滤波和衰减后，和LO信 号进入混频器混频转换成中频信号，因为LO频率可变，所 以输入信号都可以被转换成固定中频，经放大后进入中频滤 波器（中心频率固定），然后进入一个对数放大器，对中频 信号进行压缩，然后进行包络检波，所得信号即视频信号， 为了平滑显示，在包络检波之前通过可调低通滤波器，即视 频滤波；视频信号在阴极射线管内垂直偏转，即显示出在信 号的幅度，同时，由于显示的频率值是扫频发生器电压值的 函数，所以对应被测信号的频率值，于是，被测信号的信息 显示在LCD上
❖ 滤波器的特性常以波形系数来定义：SF＝BW（60dB） /BW(3dB)
失真产物
相位噪声
❖ 相位噪声是振荡器短时间稳定度的度量参数,尽管我们看不到 频谱分析仪LO系统的实际频率抖动，但LO频率或相位不稳 定的表现是可以观察到的，这就是相位噪声
❖ 相位噪声通常是以一个单载波的幅度为参考，并偏移一定的 频率下的单边带相位噪声。这个数值是指在1Hz带宽下的相 对噪声电平，故其单位为dBc(1Hz)或 dBc/Hz,c表示载波， 由于相位噪声电平比载波电平低，所以定义为负值
数字中频滤波器
❖ 通过数字滤波器可以获得很窄的带宽。和模拟滤波器相比， 理想的高斯滤波器可以实现。数字滤波器在可接受的价格内 有更好的选择性。如5级电路模拟滤波器的波形因子为10， 高斯滤波器为4.6。另外，数字滤波器有更好的温度稳定性， 无需调整，所以在带宽上更加精确
❖ 由于数字滤波器的瞬态相应已经确定，使用合适的修正系数
❖ 峰值检波器由二极管和RC电路组成，其输出要跟随IF信号 的包络而变化，它必然也具有一定的响应时间，这就是检波 器的时间常数。时间常数太大，检波器就不能及时跟上包络 变化的速度；扫描速度的快慢也会对检波器输出产生影响， 扫描太快，检波器电路来不及响应，其输出幅度也就反映不 出包络的变化
检波方式
❖ 不同的检波方式在显示屏上会有不同的数据处理，频谱分析
二是频率。幅度已经得出，而频率和幅度要对应起来，在某一频率是什 么幅度。 如何与幅度对应起来。其实很简单。它是通过本振与扫描电压 对应起来的。本振是一个压流振荡器。本振信号是个扫描信号。扫描控 制是由扫描控制器来完成的。它同时控制显示器的横坐标。从左到右当 扫描电压在OV时，在显示器上是0点，对本振信号来说是F1点，即起始 频率点。当扫描电压到10V时，在显示器上是终止频率点，本振电压就 是在终止频率点，中间是线性的。通过这样的方法，使得显示器坐标的 每一点与本振F1、F2的每一点对应起来。射频信号是本振信号减去中频 信号21.4MHz。当我们操作频谱仪进行分析时，实际是在改变本振信号 的频率。
模拟滤波器
❖ 模拟滤波器用来实现大的分辨率带宽。一般频谱仪为4级滤 波电路，也有5级滤波电路产品，这样可分别得到14和10的 波形因子，然而理想的高斯滤波器的波形因子为4.6
❖ 波形因子即带宽选择性，简称选择性。在实际测量中，经常 会遇到这种情形，两个频率接近的信号幅度不等，大信号形 成的响应曲线掩盖了小信号，使小信号丢失，所以很多公司 产品提供了滤波器3dB带宽，表示等幅正弦信号频率相差多 少时仍能将它们区分开，这样的合成响应曲线仍有两个峰值， 中间下沉大约3dB,如下图所示
混频器
❖ 混频器的作用就是将输入高频信号转换成中频信号，由于混
频器是非线性器件，输出会有很多频率成分 ：mf n f 但我们
RF
LO
需要的是 f f
LO
RF
❖ 混频方式有两种：基波混频和谐波混频，基波混频是输入信
号的基波混频，而谐波混频是通过本振信号的谐波来混频
❖ 谐波混频会造成相对高的转换损耗
RF
❖ 如果使用可调谐带通滤波器以抑制镜像频率，则由于较宽的 调谐范围使滤波器极为复杂，所以采用高的第一中频使问题 简化
❖ 这种配置下，镜像频率位于输入频率范围之上，由于两个频 率范围不会重叠，故可利用低通滤波器抑制镜像频率，三者 范围关系如下图
IF
LO
RF
IM
衰减器
❖ 衰减器主要有三个作用
(1)保护频谱仪不受损坏：测量高电平信号时，为了不烧坏频谱 分析仪，必须对信号进行衰减；
中频滤波器和RBW
❖ 中频信号经放大后，然后经过中频滤波器，中频滤波器是一个带通滤波器，它选出需要的 混频分量，抑制掉其他不需要的信号。中频滤波器的带宽决定了频谱分析仪的RBW范围； 即：RBW 是中频滤波器3dB 带宽,单点频信号在频谱上测试显示结果为中频滤波器的频响 形状；
❖ 根据频谱分析仪类型不同，中频滤波器有模拟滤波器、数字滤波器和FFT滤波器。
❖下面将对频谱分析仪每个独立部件 的工作原理和相互之间的作用做详 细说明
低通滤波器
❖ 低通滤波器的主要作用是抑制镜像频率。下图是低中频频谱 分析仪输入频率与镜像频率范围的关系，如果输入频率范围 大于2IF，则两频率范围会重叠,所以要求输入滤波器在不影 响主信号的情况下抑制镜像抑制
LO IF
LO IM
1 频谱分析仪应用
❖ 从事通信工程的技术人员，在很多时候需要对信号进行分析， 针对不同观察域，分别用示波器、频谱分析仪和矢量分析仪 观察信号；
❖ 示波器只能观察信号的幅度、周期和频率；但频谱分析仪还 可以分析信号的频率分布信息、频率、功率、谐波、杂波、 噪声、干扰和失真，而矢量分析仪可以在频谱分析仪基础上 分析数字调制信号调制质量。
3 频谱分析仪性能指标
频谱分析仪有以下主要性能指标： ❖ 滤波器特性 ❖ 相位噪声 ❖ 接收机的固有噪声 ❖ 系统非线性 ❖ 1dB压缩点 ❖ 动态范围 ❖ 测量精度 下面就这些指标分别讨论
分辨滤波器RBW特性
❖ 中频滤波器需要矩形滤波器，但对频谱分析仪而言，矩形滤 波器的瞬态响应是不合适的。由于这样的滤波器与较长的瞬 态响应时间，输入信号的频谱应通过十分缓慢的本振调谐变 到中频仪避免幅度误差。使用优化瞬态响应的高斯滤波器可 以获得较短的测试时间
(2)高测试的准确性：混频器是非线性器件，当混频器输入信号 电平较高时，输出会产生许多产物，而且电平太高会干扰测 试结果，使无互调范围减小；当输入信号电平在混频器1dB 压缩点以上时，测试结果会不准确；
(3)提高频谱仪动态范围：通过设置步进衰减器调节进入混频器 的电平，可以得到较大的动态范围。
混频器
❖ 在频域上可以准确地测量有用信号和无用信号的各种参数。
幅度 (功率)
时Hale Waihona Puke Baidu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
X(t)
A/D
RAM
FFT
对数放大器
❖ 检波器之前有一个对数放大器，对数放大器按照对数函数来 压缩信号电平（对于输入电压幅度v,输出电压幅度为logv）， 这大大减小了由检波器所检测的信号电平变化，而同时向用 户提供校准成用分贝读数的对数垂直刻度，在频谱分析仪中， 由于信号电平大幅度变化，故需要采用对数刻度
❖ 对数放大器的设计基于多级解调原理，将许多个具有固定增 益（每一级的增益通常为10dB）的单元放大器级联起来。随 后，将每一级放大器的输出逐个相加以提供线性输出电压， 有些器件提供一个表示输入信号的相对相位的限幅输出
对数放大器
检波器
❖ 频谱分析仪一般都是用包络检波器把IF信号变换成视频。包 络检波器最简单的形式是一个二极管后面接一个并联的RC 电路，如下图
仪主要有以下检波方式： ❖ 最大峰值检波
最大峰值检波
❖ 最小峰值检波
❖ 自动峰值检波
❖ 取样检波 ❖ RMS检波器 ❖ 平均值检波
取样检波 最小峰值检波
❖ 准峰值检波
视频滤波器VBW
❖ 视频滤波器在包络检波器之后，视频滤波器决定了视频带宽， 视频滤波器是第一级低通设置，用于从视频信号中滤除噪声， 平滑轨迹，从而使显示结果稳定。和分辨率带宽类似，视频 带宽也会限制最大允许扫描速度，要达到最小的扫描时间需 要增大视频带宽
❖ S/N比较低时，可以通过减小VBW来稳定显示，弱信号会在 频谱中突现出来并且稳定可再现。在测量正弦波信号时，减 小VBW，对电平无影响
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
可使数字滤波器获得比模拟滤波器在相同带宽的情况下更短
的扫描时间
典型选择性
模拟滤波器
数字 滤波器
模拟 15:1 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
幅度、频率显示原理
❖ 幅度显示原理： 经过中频滤波器的中频信号功率就是反应了输入信号的功率。检测
的方法就是用一个检波器，将它变为电压输出，体现在纵轴的幅度。当 然还要经过D/A转换和一些数据处理，加一些修正和一些对数、线性变 换。这足以给我们带来信号分析上的许多方便。
❖ 频率显示原理： 频谱分析是要分析频域的。一个信号要分析两个参数，一是幅度，
超外差频谱分析仪
❖ 这种频谱分析仪对输入信号的分析，并不是从时间特性计算 得来的，而是由频域分析直接决定的。对于这样的分析，必 须把输入频谱分成各个独立的部分。可调带通滤波器就是为 此目的而使用的
❖ 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
❖ 有些频谱分析仪的带宽选择性定义为60dB与3dB带宽之比， 如下图，也有的频谱分析仪的选择性用60dB和6dB带宽之比 表示
3 dB 60 dB
3 dB BW
选择性 =
60 dB BW 3 dB BW
❖ 两等幅信号的测试
10 kHz RBW 3 dB
10 kHz
频谱仪对不等幅信号的分辨能力
频域和时域
❖ 早期的信号观察，主要依赖示波器在时域内观察信号；傅立 叶变换告诉我们：任何时域内电信号都是由一个或多个不同 频率、不同幅度和不同相位的正弦波组成的，但应用示波器 无法观察到频域内信息，只能在时域内观察；应用频域测量， 就能以频谱的形式显示出每个正弦波的幅度随频率变化的情 况；
❖ 下图是信号在时域和频域内观察的结果，由此可以清楚看出 信号在频域观察的必要性：时域得到的是信号的波形信息， 不能测量混合信号，如果存在干扰或失真信号，在时域上无 法区分有用信号和无用信号；
❖ 混频器对输入RF小信号而言是线性网络，当输入信号幅度 逐渐增大时，就存在着非线性失真问题，所以输入信号的幅 值应低于频谱分析仪的1dB压缩点
中频放大器
❖ 输入信号经过了前置衰减器，电平降低，为了恢复信号幅值， 补偿输入衰减器的变化，在混频后对中频信号进行放大
❖ 在放大有用信号的同时，噪声和干扰信号也被同时放大
频谱分析仪的基础知识
主要内容
❖ 阐述频谱分析仪测量的主要应用； ❖ 介绍频谱分析仪内部结构及工作原理； ❖ 说明频率分辨率、灵敏度和动态范围等重要指标在分析仪测
量中的重要作用。
8563A
SPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHz
要达到的学习目标
❖ 了解频谱分析仪结构原理，了解频谱 分析仪性能指标； ❖ 熟练应用频谱分析仪。
❖ 超外差频谱分析仪内部结构如下图
RF 输入
IF
输入
衰减器 混频器 增益
滤波器
IF 滤波器
检波器
对数 放大器
视频 滤波器
本地 振荡器 频率基 准
扫频 发生器
显示
原理分析
❖ 信号分析过程如下：被测信号经过滤波和衰减后，和LO信 号进入混频器混频转换成中频信号，因为LO频率可变，所 以输入信号都可以被转换成固定中频，经放大后进入中频滤 波器（中心频率固定），然后进入一个对数放大器，对中频 信号进行压缩，然后进行包络检波，所得信号即视频信号， 为了平滑显示，在包络检波之前通过可调低通滤波器，即视 频滤波；视频信号在阴极射线管内垂直偏转，即显示出在信 号的幅度，同时，由于显示的频率值是扫频发生器电压值的 函数，所以对应被测信号的频率值，于是，被测信号的信息 显示在LCD上
❖ 滤波器的特性常以波形系数来定义：SF＝BW（60dB） /BW(3dB)
失真产物
相位噪声
❖ 相位噪声是振荡器短时间稳定度的度量参数,尽管我们看不到 频谱分析仪LO系统的实际频率抖动，但LO频率或相位不稳 定的表现是可以观察到的，这就是相位噪声
❖ 相位噪声通常是以一个单载波的幅度为参考，并偏移一定的 频率下的单边带相位噪声。这个数值是指在1Hz带宽下的相 对噪声电平，故其单位为dBc(1Hz)或 dBc/Hz,c表示载波， 由于相位噪声电平比载波电平低，所以定义为负值
数字中频滤波器
❖ 通过数字滤波器可以获得很窄的带宽。和模拟滤波器相比， 理想的高斯滤波器可以实现。数字滤波器在可接受的价格内 有更好的选择性。如5级电路模拟滤波器的波形因子为10， 高斯滤波器为4.6。另外，数字滤波器有更好的温度稳定性， 无需调整，所以在带宽上更加精确
❖ 由于数字滤波器的瞬态相应已经确定，使用合适的修正系数
❖ 峰值检波器由二极管和RC电路组成，其输出要跟随IF信号 的包络而变化，它必然也具有一定的响应时间，这就是检波 器的时间常数。时间常数太大，检波器就不能及时跟上包络 变化的速度；扫描速度的快慢也会对检波器输出产生影响， 扫描太快，检波器电路来不及响应，其输出幅度也就反映不 出包络的变化
检波方式
❖ 不同的检波方式在显示屏上会有不同的数据处理，频谱分析
二是频率。幅度已经得出，而频率和幅度要对应起来，在某一频率是什 么幅度。 如何与幅度对应起来。其实很简单。它是通过本振与扫描电压 对应起来的。本振是一个压流振荡器。本振信号是个扫描信号。扫描控 制是由扫描控制器来完成的。它同时控制显示器的横坐标。从左到右当 扫描电压在OV时，在显示器上是0点，对本振信号来说是F1点，即起始 频率点。当扫描电压到10V时，在显示器上是终止频率点，本振电压就 是在终止频率点，中间是线性的。通过这样的方法，使得显示器坐标的 每一点与本振F1、F2的每一点对应起来。射频信号是本振信号减去中频 信号21.4MHz。当我们操作频谱仪进行分析时，实际是在改变本振信号 的频率。
模拟滤波器
❖ 模拟滤波器用来实现大的分辨率带宽。一般频谱仪为4级滤 波电路，也有5级滤波电路产品，这样可分别得到14和10的 波形因子，然而理想的高斯滤波器的波形因子为4.6
❖ 波形因子即带宽选择性，简称选择性。在实际测量中，经常 会遇到这种情形，两个频率接近的信号幅度不等，大信号形 成的响应曲线掩盖了小信号，使小信号丢失，所以很多公司 产品提供了滤波器3dB带宽，表示等幅正弦信号频率相差多 少时仍能将它们区分开，这样的合成响应曲线仍有两个峰值， 中间下沉大约3dB,如下图所示
混频器
❖ 混频器的作用就是将输入高频信号转换成中频信号，由于混
频器是非线性器件，输出会有很多频率成分 ：mf n f 但我们
RF
LO
需要的是 f f
LO
RF
❖ 混频方式有两种：基波混频和谐波混频，基波混频是输入信
号的基波混频，而谐波混频是通过本振信号的谐波来混频
❖ 谐波混频会造成相对高的转换损耗
RF
❖ 如果使用可调谐带通滤波器以抑制镜像频率，则由于较宽的 调谐范围使滤波器极为复杂，所以采用高的第一中频使问题 简化
❖ 这种配置下，镜像频率位于输入频率范围之上，由于两个频 率范围不会重叠，故可利用低通滤波器抑制镜像频率，三者 范围关系如下图
IF
LO
RF
IM
衰减器
❖ 衰减器主要有三个作用
(1)保护频谱仪不受损坏：测量高电平信号时，为了不烧坏频谱 分析仪，必须对信号进行衰减；
中频滤波器和RBW
❖ 中频信号经放大后，然后经过中频滤波器，中频滤波器是一个带通滤波器，它选出需要的 混频分量，抑制掉其他不需要的信号。中频滤波器的带宽决定了频谱分析仪的RBW范围； 即：RBW 是中频滤波器3dB 带宽,单点频信号在频谱上测试显示结果为中频滤波器的频响 形状；
❖ 根据频谱分析仪类型不同，中频滤波器有模拟滤波器、数字滤波器和FFT滤波器。
❖下面将对频谱分析仪每个独立部件 的工作原理和相互之间的作用做详 细说明
低通滤波器
❖ 低通滤波器的主要作用是抑制镜像频率。下图是低中频频谱 分析仪输入频率与镜像频率范围的关系，如果输入频率范围 大于2IF，则两频率范围会重叠,所以要求输入滤波器在不影 响主信号的情况下抑制镜像抑制
LO IF
LO IM
1 频谱分析仪应用
❖ 从事通信工程的技术人员，在很多时候需要对信号进行分析， 针对不同观察域，分别用示波器、频谱分析仪和矢量分析仪 观察信号；
❖ 示波器只能观察信号的幅度、周期和频率；但频谱分析仪还 可以分析信号的频率分布信息、频率、功率、谐波、杂波、 噪声、干扰和失真，而矢量分析仪可以在频谱分析仪基础上 分析数字调制信号调制质量。
3 频谱分析仪性能指标
频谱分析仪有以下主要性能指标： ❖ 滤波器特性 ❖ 相位噪声 ❖ 接收机的固有噪声 ❖ 系统非线性 ❖ 1dB压缩点 ❖ 动态范围 ❖ 测量精度 下面就这些指标分别讨论
分辨滤波器RBW特性
❖ 中频滤波器需要矩形滤波器，但对频谱分析仪而言，矩形滤 波器的瞬态响应是不合适的。由于这样的滤波器与较长的瞬 态响应时间，输入信号的频谱应通过十分缓慢的本振调谐变 到中频仪避免幅度误差。使用优化瞬态响应的高斯滤波器可 以获得较短的测试时间
(2)高测试的准确性：混频器是非线性器件，当混频器输入信号 电平较高时，输出会产生许多产物，而且电平太高会干扰测 试结果，使无互调范围减小；当输入信号电平在混频器1dB 压缩点以上时，测试结果会不准确；
(3)提高频谱仪动态范围：通过设置步进衰减器调节进入混频器 的电平，可以得到较大的动态范围。
混频器
❖ 在频域上可以准确地测量有用信号和无用信号的各种参数。
幅度 (功率)
时Hale Waihona Puke Baidu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
X(t)
A/D
RAM
FFT
对数放大器
❖ 检波器之前有一个对数放大器，对数放大器按照对数函数来 压缩信号电平（对于输入电压幅度v,输出电压幅度为logv）， 这大大减小了由检波器所检测的信号电平变化，而同时向用 户提供校准成用分贝读数的对数垂直刻度，在频谱分析仪中， 由于信号电平大幅度变化，故需要采用对数刻度
❖ 对数放大器的设计基于多级解调原理，将许多个具有固定增 益（每一级的增益通常为10dB）的单元放大器级联起来。随 后，将每一级放大器的输出逐个相加以提供线性输出电压， 有些器件提供一个表示输入信号的相对相位的限幅输出
对数放大器
检波器
❖ 频谱分析仪一般都是用包络检波器把IF信号变换成视频。包 络检波器最简单的形式是一个二极管后面接一个并联的RC 电路，如下图
仪主要有以下检波方式： ❖ 最大峰值检波
最大峰值检波
❖ 最小峰值检波
❖ 自动峰值检波
❖ 取样检波 ❖ RMS检波器 ❖ 平均值检波
取样检波 最小峰值检波
❖ 准峰值检波
视频滤波器VBW
❖ 视频滤波器在包络检波器之后，视频滤波器决定了视频带宽， 视频滤波器是第一级低通设置，用于从视频信号中滤除噪声， 平滑轨迹，从而使显示结果稳定。和分辨率带宽类似，视频 带宽也会限制最大允许扫描速度，要达到最小的扫描时间需 要增大视频带宽
❖ S/N比较低时，可以通过减小VBW来稳定显示，弱信号会在 频谱中突现出来并且稳定可再现。在测量正弦波信号时，减 小VBW，对电平无影响
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
可使数字滤波器获得比模拟滤波器在相同带宽的情况下更短
的扫描时间
典型选择性
模拟滤波器
数字 滤波器
模拟 15:1 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
幅度、频率显示原理
❖ 幅度显示原理： 经过中频滤波器的中频信号功率就是反应了输入信号的功率。检测
的方法就是用一个检波器，将它变为电压输出，体现在纵轴的幅度。当 然还要经过D/A转换和一些数据处理，加一些修正和一些对数、线性变 换。这足以给我们带来信号分析上的许多方便。
❖ 频率显示原理： 频谱分析是要分析频域的。一个信号要分析两个参数，一是幅度，