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 扫频式频谱分析仪

 它是具有显示装置的扫频超外差接收机，主要用于连续信号和周期信号的频谱分析。它工作于声频直至亚毫米的波频段，只显示信号的幅度而不显示信号的相位。它的工作原理是：本地振荡器采用扫频振荡器，它的输出信号与被测信号中的各个频率分量在混频器内依次进行差频变换，所产生的中频信号通过窄带滤波器后再经放大和检波，加到视频放大器作示波管的垂直偏转信号，使屏幕上的垂直显示正比于各频率分量的幅值。本地振荡器的扫频由锯齿波扫描发生器所产生的锯齿电压控制，锯齿波电压同时还用作示波管的水平扫描，从而使屏幕上的水平显示正比于频率。

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频谱分析议和FFT颁谱分析议

　　传统的频谱分析仪的电路是在一定带宽内可调谐的接收机，输入信号经下变频后由低通滤器输出，滤波输出作为垂直分量，频率作为水平分量，在示波器屏幕上绘出坐标图，就是输入信号的频谱图。由于变频器可以达到很宽的频率，例如30Hz-30GHz，与外部混频器配合，可扩展到100GHz以上，频谱分析仪是频率覆盖宽的测量仪器之一。无论测量连续信号或调制信号，频谱分析仪都是很理想的测量工具。

　　但是，传统的频谱分析仪也有明显的缺点，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。

　　既然通过傅里叶运算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，出现基于快速傅里叶变换(F盯)的频谱分析仪。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。据此可知，这种频谱分析仪亦称为实时频谱分析仪，它的频率范围受到ADC采集速率和FFT运算速度的限制。

　　为获得良好的仪器线，性度和高分辨率，对信号进行数据采集的ADC需要12位-16位的分辨率，按取样原理可知，ADC的取样率少等于输入信号高频率的两倍，亦即频率上限是100MHz的实时频谱分析仪需要ADC有200MS/S的取样率。

　　目前半导体工艺水平可制成分辨率8位和取样率4GS/S的ADC或者分辨率12位和取样率800MS/S的ADC，亦即，原理上仪器可达到2GHz的带宽，此时垂直分辨率只有8位(256级)，显然8位分辨率过低，因此，实时频谱分析仪适用于制MHz带宽以下的频段，此时具有12位(物96级)以上的分辨率。为了扩展频率上限，可在ADC前端增加下变频器，本振采用直接数字事成的振荡器，这种混合式的频谱分析仪适合在几GHz以下的频段使用。

　　FFT的性能用取样点数和取样率来表征，例如用100KS/S的取样率对输入信号取样1024点，则高输入频率是50KHz和分辨率是50Hz。如果取样点数为2048点，则分辨率提高到25Hz。由此可知，输人频率取决于取样率，分辨率取决于取样点数。FFT运算时间与取样，点数成对数关系，频谱分析仪需要高频率、高分辨率和高速运算时，二手频谱仪，要选用高速的FFT硬件，或者相应的数字信号处理器(DSP)芯片。例如，10MHz输入频率的1024点的运算时间80μs，而10KHz的1024点的运算时间变为64ms，1KHz的1024点的运算时间增加至640ms。当运算时间超过200ms时，屏幕的反应变慢，不适于眼睛的观察，补救办法是减少取样点数，使运算时间降低至200ms以下。

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　数字存储示波器的频谱测量

　　数字存储示波器(DSO)的前端就是ADC变换，因而同样具有频谱分析能力，通过标准或选购的FFT模块获得频谱分析特性。应该指出，DSO主要特点是时域测量，带宽100MHz的产品具有10位以上的垂直分辨率，带宽500MHz的产品只有8位的分辨率，亦即在分辨率上低于频谱分析仪的12位-16位。DSO的前置放大器和衰减器引人瞬态失真，容易在频谱图上表现为低电平的谱波噪声。

　　特别是高频数字在存储示波器，它采用交叠的ADC来提高取样率，例如每块ADC的取样率是1Gs/s，两块叠加起来获得2Gs/s的取样率。这是简便的提高有效带宽的办法，但用于频谱显示时，各ADC的线性度、增益、频率响应和取样定时稍有差别，都会在取样时钟脉冲交叠取样过程中引人频谱失真，二手频谱仪生产厂家，相当多了一组Fs/N的取样脉冲，这里且是基本取样频率，N是交叠的ADC数。这种电路自身产生的混叠信号不容易用滤波器消除，用DS0测量高频信号时要非常小心在频谱图上出现的混叠信息。例如，利用上述两块取样率1Gs/s ADC构成的DSO来观察l00MHz正弦波时，会在900、1100MHz附近出现假信号。由此可见，二手频谱仪厂，DSO观察时域信号是好的仪器，由于频域变换后往往出现假信号，测量频谱特性时一定要注意“去伪存真”。