頻譜分析儀如何工作

示波器在時域測得近似方波的信號，經(jīng)過傅里葉變換被分解為基波和高達(dá)11次奇次諧波。當(dāng)用頻譜分析儀從頻域觀察時。能夠識別出所有頻率組成。以上圖為例，基波、3次諧波、5次諧波和11次諧波都可以被區(qū)分出來。由此可以看出，時域和頻域是從不同角度對同一個信號的描述。

頻譜分析儀的工作原理就像一個寬帶接收機(jī)，寬帶范圍從幾十kHz或幾十MHz開始。接收機(jī)的功能是將輸入信號的頻率轉(zhuǎn)換為檢測回路能處理的頻段。寬帶接收機(jī)包括一個混頻器、一個本機(jī)振蕩器（LO）和一個帶通濾波器。本機(jī)振蕩器產(chǎn)生一個混頻振蕩信號?；祛l器將輸入信號與本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的信號混合在一起，總信號就包括兩種信號的和與差，兩信號之差稱為中頻（IF），它是檢測回路使用的部分信號。帶通濾波器濾掉信號中不需要的成分，然后將僅留下的IF傳到檢測和顯示單元。

頻譜分析儀本質(zhì)上是一個寬帶接收機(jī)，因此需要不只一次的頻率轉(zhuǎn)換，次數(shù)由頻率范圍、頻率分辨率和RBW濾波器決定。

1、衰減器

將衰減器置于射頻輸入路徑，擴(kuò)寬了輸入信號電平的動態(tài)范圍或?qū)︻l譜分析儀增添了更多的輸入保護(hù)。

衰減器將來自混頻器（RF中部）的信號電平限制在一定范圍內(nèi)，如果輸入信號超過參考電平，將會引起測量誤差或偽噪聲。這就是為什么某些頻譜分析儀會在特定信號條件下列出儀器規(guī)格，包括混頻器中具體的信號電平。

2、分辨率濾波器

當(dāng)輸入信號頻率轉(zhuǎn)換為更低頻帶并濾入檢測和顯示單元時，為了區(qū)分頻率接近的信號，會用到RBW（分辨率帶寬）濾波器。

在不同分辨率帶寬下，RBW濾波器如何區(qū)分兩種信號？將兩個等幅信號通過兩種RBW濾波器濾波，其中RBW1的分辨率優(yōu)于RBW2，當(dāng)通過較窄RBW1濾波器時，能清晰分辨出兩種信號，但是通過較寬RBW2濾波器時，結(jié)果就不如RBW1?？梢灶A(yù)測到，如果RBW2的分辨率帶寬更寬，我們甚至?xí)⒔Y(jié)果誤認(rèn)為是一個信號。當(dāng)兩個信號的頻率十分接近時，這種情況就會發(fā)生。另一種情況是，當(dāng)兩個信號的幅值差距很大，RBW1仍能夠檢測到較小信號，但是RBW2卻不能，如下圖所示，所以這些濾波器又稱為分辨率濾波器。

3、檢波器

RBW濾波之后，檢波器能夠檢測能量并將其轉(zhuǎn)換成直流電壓。顯示單元利用該直流電壓描繪頻譜分布。

4、視頻濾波器

在直流電壓進(jìn)入顯示單元之前，需要將檢波器產(chǎn)生的噪聲壓縮，這個濾波器稱為視頻濾波器，它的帶寬稱為VBW。

視頻濾波器也作為后置濾波器，VBW會對顯示輸出產(chǎn)生影響。如果待測信號通過兩個VBW濾波器，其中VBW1小于VBW2，結(jié)果顯示VBW2的底噪要比VBW1大，換句話說，視頻濾波器將底噪平均了。但要注意的是，底噪電平并沒有改變，VBW濾波器僅平均噪聲電平，并不影響信號底噪的總體幅值。

5、掃描時間

上述內(nèi)容介紹了頻譜分析儀的基本結(jié)構(gòu)，而且對RBW和VBW也作了詳細(xì)解釋。一般來說，掃描時間與頻譜分析儀的頻率分辨率成反比。掃描時間越快，解析度越低（RBW、VBW越寬）；掃描時間越慢，解析度越高（RBW、VBW越窄）。因此如果選擇較窄的RBW或VBW，顯示信號的時間就會變長。這就意味著RBW和VBW越窄，掃描時間越長。對于RBW/VBW掃描時間，絕大多數(shù)頻譜儀都具有自動和手動選擇模式。自動模式權(quán)衡了頻寬、RBW、VBW和掃描時間，通常能獲取最好的結(jié)合。