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頻譜分析儀的核心原理

更新時間：2025-08-14      瀏覽次數(shù)：110

頻譜分析儀的核心原理


頻譜分析儀的核心原理是將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號進(jìn)行分析，基于傅里葉變換理論——任何時域信號均可分解為不同頻率、幅度和相位的正弦波組合。其主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)分為兩類：

  1. ?FFT（快速傅里葉變換）分析儀?

    • 直接對時域信號采樣，通過FFT算法計(jì)算頻譜。

    • 優(yōu)點(diǎn)：適合低頻窄帶寬信號分析，精度較高。

    • 局限：受ADC采樣速率限制，高頻信號處理能力弱。

  2. ?超外差式分析儀?（主流方案）
    通過混頻技術(shù)將高頻信號降頻處理，流程如下：

    • 中頻濾波器提取目標(biāo)分量，其帶寬由?分辨率帶寬（RBW）? 控制：

    • 信號經(jīng)放大、包絡(luò)檢波提取幅度，再通過視頻濾波器平滑數(shù)據(jù)。

    • RBW越窄，頻率分辨率越高，可區(qū)分相近信號。

    • RBW變窄會延長掃描時間（與帶寬平方成反比）并降低底噪。

    • ?輸入衰減?：信號經(jīng)可調(diào)衰減器防止過載損壞器件（衰減可能降低信噪比）。

    • ?預(yù)選濾波?：低通濾波器或預(yù)選器濾除高頻干擾，避免帶外信號引發(fā)混頻失真。

    • ?混頻轉(zhuǎn)換?：輸入信號與本振（LO）掃頻信號混頻，生成和頻與差頻（中頻信號）。
      示例：中頻頻率 = |射頻頻率 - 本振頻率|。

    • ?中頻處理?

    • ?顯示輸出?：頻率軸由斜波發(fā)生器控制，幅度以對數(shù)/線性標(biāo)度顯示。

關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置對測量的影響

  • ?RBW（分辨率帶寬）?：

    • 窄RBW可分離鄰近信號（如1004MHz與1005MHz），但增加掃描時間。

    • 現(xiàn)代數(shù)字中頻技術(shù)可將RBW降至1Hz（需FFT模式加速）。

  • ?參考電平?：

    • 設(shè)置過高會淹沒小信號，過低則導(dǎo)致大信號削波；建議比實(shí)際信號高10dB左右。

  • ?衰減器?：

    • 手動調(diào)節(jié)衰減值可平衡大/小信號測量，避免非線性失。

典型應(yīng)用案例

  • ?方波頻譜分析?：
    方波由基波+奇次諧波組成（如10MHz方波含30MHz、50MHz等分量），頻譜呈離散峰值，驗(yàn)證傅里葉分解理論。

?技術(shù)演進(jìn)?：現(xiàn)代頻譜儀融合超外差與FFT技術(shù)，支持從低頻到毫米波的全頻段分析，并集成時域、調(diào)制域分析功能



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