数字式频谱分析仪原理分析

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1、数字式频谱分析仪原理分析王春菊（唐山电视发射台，河北唐山(:-(((）·综述·频谱分析仪在广播电视发射、有线电视传输以及无线通信测量中得到越来越广泛的应用。&频谱分析仪和示波器（频域和时域）的关系如前面所述，一个电信号可以用它所包含的频率分量即频谱分布情况来描述。频谱分析仪就是信号频域的分析仪器。而电子示波器是经常使用而且比较简单、直观、易懂的信号时域分析仪器。两者观测同一电信号时所产生的结果有着密切的内在联系。这种联系可以用图-的三维坐标图形来直观而形象地表示。由图-可知频谱仪和示波器是从不同的角度去观察同一信号的，

2、各自反应了信号的某个侧面，两者所得结果是可互译的。!频谱分析仪的产生及理论基础大家知道，一个电信号是电压作为时间的函数。一个简单的直流信号用电压的幅度大小及其极性表示就足够了，因为信号不随时间而变化。但是当一个电信号随时间而变化时，就不仅要描述其变化的大小，并且要描述它随时间是如何变化的。比如已知一个随时间作正弦变化的信号!（"）"##$%&!!"，其幅度为#，频率为!，周期$"!’!，那么就可画出图!的波形图。如果把这个信号用幅度作为频率的函数，就会得到图&的波形。这个图形要比图!简单得多，一眼就可看出这个信号为只包

3、含一个频率成分!、幅度为#的正弦波。这就是信号的频域表示法，即信号的频谱。数字式频谱仪结构原理频谱分析仪就其工作原理可分为数字式和模拟式两大类，其中数字式频谱分析仪以其运算速度快、体积小、重量轻、内附可充电电池无需市电，以及可编程、存储等先进性而得到越来越广泛的应用。图.是数字式频谱分析仪的基本原理方框图，它由以下几大部分组成。（!）基准电平控制器基准电平是使示波管（/01）显示偏转到刻度顶端所需要的信号强度，基准电平的控制是通过02衰减器和32增益来实现的。当用仪器面板上的基准电平控制旋钮设定衰减增益量以后，分析仪内

4、部就会自动进行02衰减和32增益调整。输入信号首先被衰减到第一混频器规定的输入电平，以减少失真和寄生干扰。混频输出的信号再进行32增益自动控制，使信号最终的放大量达到设置的基准电平。（&）频率控制器由原理框图可以分析出，第一本振决定了输入信号被选频的范围，即所观测和分析的频率范围。频率控制器就是通过改变第一本振的频率扫描范围，在显示器上得到所要分析的频率范围。当转动频率控制旋钮时，就会看到频谱图形向左或向右移动，也就是被测频率范围向高频或低频变化。（-）间隔控制器（#45%’6$7）间隔控制器用来调节本振扫描的频率宽度

5、，即所显示频-如果信号不是正弦波信号，频谱将是怎样的呢？从理论上可以通过傅立叶变换将其用一些单个正弦波之和来表示。下面再看每个频率分量上信号的幅度。比如一个周期性函数!（"），重复周期为$，角频率""&!!。当（!"）满足狄义赫利条件时，它可以展开成三角形式的傅立叶级数!（"）"%()（%!*+#"")&!#$%""）)（%&*+#&"")&&#$%&""）))（%%*+#’"")&’#$%’""）)",%()!（%’*+#’"")&’#$%’""）’"!定稿日期：&((!8!(8!<责任编辑：哈宏疆作者简介：王春菊（

6、!;:<8），工程师，毕业于河北工学院（现河北工业大学）自动化工程系=标准、检测与仪器!"#$%&$’&()*$"+’*)*%#$%&,%"#’+)*%#谱的带宽。此控制旋钮在仪器控制面板上一般用!"#$%&’(来标示，当调整此旋钮时会看到频谱线散开或集聚，通过调节它来设定水平轴上每格所表示的频率宽度数值。例如，调整为)*+,-%&’(，如果屏幕水平方向共.*个格，则可以扫描的频率范围为)**+,-，如果频率控制器将中心频率设定在./0+,-，那么频谱的显示范围将在/01)/0+,-之间。（2）分辨率带宽（345）控制

7、器它是放在第三中频级后面的带通滤波器，它决定了每根谱线的宽度，也决定了间隔多大距离的信号可以被分开。345滤波器的带宽越窄，靠得很近的谱线就可以被分开，看得更清楚，分辨率就越高。从理想状态讲，为了真实地描绘出信号的频谱和分辨开十分靠近的信号，345滤波器特性应当非常窄。图0#是一个信号的频谱图形，6个频率分量都分辨得很清楚。而当增大分辨率带宽的时候，同样是这个信号，将产生图07的频谱效果，使两边的两个频率分量分辨不清而被忽视。显示精度不会受到影响，但图形显示会出现闪烁甚至在两次扫描之间屏幕被消隐而无显示。（9）视频滤波

8、控制器视频滤波控制器放在幅度检波之后，主要用来减小显示频谱的噪声，提高低电平信号的能见度。但使用时应加以注意，因为它也减小某些类型信号的幅度，如持续期短的尖脉冲信号。所以当分析脉冲或宽带信号时，视频滤波器就不应接通，因为它的低通、窄带特性会使被测信号的幅度达不到完全高度而使测量精度下降。大多数分析仪提供几种视频滤波器带宽，可以通过