頻譜分析儀基本原理

頻譜分析儀用來接收及分析信號用的，這個功能類似于收音機，收音機就是把天線接收到的高頻信號經檢波（解調）還原成音頻信號，送到耳機或喇叭變成音波。

頻譜分析儀的原理也很相似，頻譜分析儀接收外來信號，可以是有線的，也可以是無線的，下圖是一個超外差頻譜分析儀的簡化框圖。

“外差”是指混頻，即對頻率進行轉換，而“超”則是指超音頻頻率或高于音頻的頻率范圍。從圖中我們看到，輸入信號先經過一個衰減器（防止發(fā)生過載、增益壓縮和失真。由于衰減器是頻譜儀的一種保護電路，所以它通常是基于基準電平值而自動設置），再經過一個前置預放（PreAmp）這個通常是以選件的形式存在，標配的可能不常有。

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然后再經低通濾波器到達混頻器，然后與來自本振（LO）的信號相混頻。低通濾波器的作用是阻止高頻信號到達混頻器。從而可以防止帶外信號與本振相混頻，在中頻上產生多余的頻率響應。

混頻器顧名思義就是混頻的作用，由兩路信號經由該器件進行混頻?；祛l的定義又叫變頻，是一種頻譜的線性搬移過程，它是使信號從某一個頻率變換成另一個頻率。

由于混頻器是非線性器件，其輸出除了包含兩個原始信號之外，還包含它們的諧波以及原始信號與其諧波的和信號與差信號。若任何一個混頻信號落在中頻（IF）濾波器的通帶內，它都會被進一步處理（被放大并可能按對數(shù)壓縮）。經混頻和濾波后，仍為調幅信號，但頻率已改變。

本振就是本地振蕩器的簡稱，其作用就是產生一個頻率（本振頻率）與接收機接收到的信號頻率混頻，產生固定頻率中頻信號，中頻信號頻率固定，這樣中放電路容易實現(xiàn)，電路最簡單的就是一個振蕩器，復雜點使用頻率合成器。

混頻器輸出以后會有一個濾波器，由于混頻以后出來的信號不僅僅是中頻信號，包括很多信號的其它分量，所以我們只關心我們需要的信號頻率，這個時候就需要用到這個是帶通濾波器，選擇性的將其它信號分量濾除，只保留中頻信號。

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這個時候的信號還是模擬信號，需要一個 ADC 采樣將模擬信號轉換為數(shù)字信號。自 20 世紀 80 年代以來，頻譜分析最深刻巨大的變化之一就是數(shù)字技術的應用代替了以往儀器中模擬電路實現(xiàn)的部分。隨著高性能模數(shù)轉換器的推出，最新的頻譜分析儀與僅僅幾年前的產品相比，可以在信號通路的更早階段對輸入信號進行數(shù)字化。這種變化在頻譜分析儀的中頻部分體現(xiàn)的最為明顯。它極大地改善了其測量速度、精度以及利用高性能 DSP 技術測量復雜信號的能力。傳統(tǒng)的模擬 LC 和晶體濾波器只能實現(xiàn) 1 kHz 及更高的分辨率帶寬（RBW），而采用數(shù)字技術則可使最窄的帶寬達到 1 Hz 至 300 Hz。

中頻增益放大器之后，就是由模擬和 / 或數(shù)字分辨率帶寬（RBW）濾波器組成的中頻部分，RBW 代表將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。

RBW 會將帶外的頻率成分濾除。

當 RBW 濾波器“掃過”感興趣的頻率范圍后，就得到該段頻率范圍的頻譜。

然后使用包絡檢波器將中頻信號轉換為視頻信號。最簡單的包絡檢波器由二極管、負載電阻和低通濾波器組成，示例中的中頻鏈路輸出信號（一個幅度調制的正弦波）被送至檢波器，檢波器的輸出響應隨中頻信號的包絡而變化，而不是中頻正弦波本身的瞬時值。

為了使噪聲曲線平滑，在檢波之后，放置了一個低通濾波器，即視頻濾波器。

視頻濾波器這就是 BW 鍵中 VBW 軟鍵的設置。它的作用是將檢測信號中的高頻部分濾掉，使我們從顯示屏上看到一個光滑的曲線。這對小信號的測量是非常有效的，它可使讀數(shù)更為穩(wěn)定。

視頻檢波器作用是得到當前掃頻點頻率處的幅度值。

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本期文章資料部分參考于 Keysight《是德科技 頻譜分析基礎— 應用指南 150》和 Rigol 資料，如侵麻煩后臺留言后立即刪除，謝謝！