頻譜分析儀的核心原理
頻譜分析儀的核心原理是將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)進(jìn)行分析,基于傅里葉變換理論——任何時(shí)域信號(hào)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:
?FFT(快速傅里葉變換)分析儀?
直接對(duì)時(shí)域信號(hào)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(hào)分析,精度較高。
局限:受ADC采樣速率限制,高頻信號(hào)處理能力弱。
?超外差式分析儀?(主流方案)
通過混頻技術(shù)將高頻信號(hào)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(hào)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(hào)。
RBW變窄會(huì)延長(zhǎng)掃描時(shí)間(與帶寬平方成反比)并降低底噪。
?輸入衰減?:信號(hào)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(hào)引發(fā)混頻失真。
?混頻轉(zhuǎn)換?:輸入信號(hào)與本振(LO)掃頻信號(hào)混頻,生成和頻與差頻(中頻信號(hào))。
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(duì)數(shù)/線性標(biāo)度顯示。
關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置對(duì)測(cè)量的影響
?RBW(分辨率帶寬)?:
窄RBW可分離鄰近信號(hào)(如1004MHz與1005MHz),但增加掃描時(shí)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(huì)淹沒小信號(hào),過低則導(dǎo)致大信號(hào)削波;建議比實(shí)際信號(hào)高10dB左右。
?衰減器?:
手動(dòng)調(diào)節(jié)衰減值可平衡大/小信號(hào)測(cè)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(shí)域、調(diào)制域分析功能
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