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頻譜分析是觀察和測量信號幅度和信號失真的一種快速方法，其顯示結(jié)果可以直觀反映出輸入信號的傅立葉變換的幅度。信號頻域分析的測量范圍極其寬廣，超過140dB，這使得頻譜分析儀成為適合現(xiàn)代通信和微波領(lǐng)域的多用途儀器。頻譜分析實(shí)質(zhì)上是考察給定信號源，天線，或信號分配系統(tǒng)的幅度與頻率的關(guān)系，這種分析能給出有關(guān)信號的重要信息，如穩(wěn)定度，失真，幅度以及調(diào)制的類型和質(zhì)量。利用這些信息，可以進(jìn)行電路或系統(tǒng)的調(diào)試，以提率或驗(yàn)證在所需要的信息發(fā)射和不需要的信號發(fā)射方面是否符合不斷涌現(xiàn)的各種規(guī)章條例。
現(xiàn)代頻譜分析儀已經(jīng)得到許多綜合利用，從研究開發(fā)到生產(chǎn)制造，到現(xiàn)場維護(hù)。新型頻譜分析儀已經(jīng)改名叫信號分析儀，已經(jīng)成為具有重要價(jià)值的實(shí)驗(yàn)室儀器，能夠快速觀察大的頻譜寬度，然后迅速移近放大來觀察信號細(xì)節(jié)已受到的高度重視。在制造領(lǐng)域，測量速度結(jié)合通過計(jì)算機(jī)來存取數(shù)據(jù)的能力，可以快速，和重復(fù)地完成一些極其復(fù)雜的測量。
有兩種技術(shù)方法可完成信號頻域測量（統(tǒng)稱為頻譜分析）。
1．FFT分析儀用數(shù)值計(jì)算的方法處理一定時(shí)間周期的信號，可提供頻率；幅度和相位信息。這種儀器同樣能分析周期和非周期信號。FFT的特點(diǎn)是速度快；精度高，但其分析頻率帶寬受ADC采樣速率限制，適合分析窄帶寬信號。
2．掃頻式頻譜分析儀可分析穩(wěn)定和周期變化信號，可提供信號幅度和頻率信息，適合于寬頻帶快速掃描測試。
FFT分析儀能夠完成多通道濾波器式同樣的功能，但無需使用許多帶通濾波器，它使用數(shù)字信號處理來實(shí)現(xiàn)多個(gè)立濾波器相當(dāng)?shù)墓δ?。從概念上講，F(xiàn)FT方法是簡單明確的：對信號進(jìn)行數(shù)字化，再計(jì)算頻譜。實(shí)際上，為了使測量具有意義，還需要考慮很多因素。
FFT的實(shí)質(zhì)是基帶變換，換句話說，F(xiàn)FT的頻率范圍總是從0Hz開始并延伸到某個(gè)頻率處。這對需要分析較窄頻帶（不是從直流開始）的測量情況可能是一個(gè)重大限制。例如，F(xiàn)FT分析儀具有取樣頻率，F(xiàn)FT的頻率范圍是0Hz到128KHz。若N=1024，則頻率分辨力將是，故不能分辨間隔小于250Hz的譜線。
提高頻率分辨力的一種方法是時(shí)間記錄中的取樣點(diǎn)數(shù)N，這也FFT輸出的節(jié)點(diǎn)數(shù)。不過，問題在于，這會增加FFT所要處理的數(shù)組長度，從而增加計(jì)算時(shí)間。FFT算法的計(jì)算時(shí)間往往限制了儀器的性能（比如屏幕刷新速度），所以增加FFT的長度往往是可取的。
另一種方法是使用數(shù)字下變頻器，對于帶限信號，進(jìn)行數(shù)字下變頻，這樣等效降低了采樣速率，可以提高頻率分辨力。ADC的輸出與數(shù)字正弦波相乘，借助數(shù)字混頻使數(shù)字正弦波的頻率降低。

頻譜分析儀使用
圖示測試儀
什么是頻譜分析儀在頻域內(nèi)分析信號的圖示測試儀。以圖形方式顯示信號幅度按頻率的分布，即X軸表示頻率，Y軸表示信號幅度。
原理
用窄帶帶通濾波器對信號進(jìn)行選通。
主要功能
顯示被測信號的頻譜、幅度、頻率?？梢匀帮@示，也可以選定帶寬測試。
測量機(jī)制
1．把被測信號與儀器內(nèi)的基準(zhǔn)頻率、基準(zhǔn)電平進(jìn)行對比。因?yàn)樵S多測量的本質(zhì)都是電平測試，如載波電平、A/V、頻響、C/N、CSO、CTB、HM、CM以及數(shù)字頻道平均功率等。
2．波形分析：通過107選件和相應(yīng)的分析軟件，對電視的行波形進(jìn)行分析，從而測試視頻指標(biāo)。如DG、DP、CLDI、調(diào)制深度、頻偏等。

問區(qū)
怎樣設(shè)置才能獲得頻譜儀佳的靈敏度，以方便觀測小信號？
首先根據(jù)被測小信號的大小設(shè)置相應(yīng)的中心頻率、掃寬（span）以及參考電平；然后在頻譜分析儀沒有出現(xiàn)過載提示的情況下逐步降低衰減值。
如果此時(shí)被測小信號的信噪比小于15db，就逐步減小rbw，rbw越小，頻譜分析儀的底噪越低，靈敏度就越高。
如果頻譜分析儀有預(yù)放，打開預(yù)放。預(yù)放開，可以提高頻譜分析儀的噪聲系數(shù)，從而提高了靈敏度。對于信噪比不高的小信號，可以減少vbw或者采用軌跡平均，平滑噪聲，減小波動。
需要注意的是，頻譜儀測量結(jié)果是外部輸入信號和頻譜分析儀內(nèi)部噪聲之和，要使測量結(jié)果準(zhǔn)確，通常要求信噪比大于20db。
分辨率帶寬（rbw）越小越好嗎？
rbw越小，頻譜分析儀靈敏度就越好，但是，掃描速度會變慢。好根據(jù)實(shí)際測試需求設(shè)rbw，在靈敏度和速度之間找到平衡點(diǎn)–既保證準(zhǔn)確測量信號又可以得到快速的測量速度。
平均檢波方式（averagetype）如何選擇：power？logpower？voltage？
logpower對數(shù)功率平均：又稱videoaveraging，這種平均方式具有低的底噪，適合于低電平連續(xù)波信號測試。
但對”類噪聲“信號會有一定的誤差，比如寬帶調(diào)制信號w-cdma等。
功率平均：又稱rms平均，這種平均方式適合于“類噪聲”信號（如：cdma）總功率測量。
電壓平均：這種平均方式適合于觀測調(diào)幅信號或者脈沖調(diào)制信號的上升和下降時(shí)間測量。
掃描模式的選擇：sweep還是fft？
現(xiàn)代頻譜儀的掃描模式通常都具有sweep模式和fft模式。通常在比較窄的rbw設(shè)置時(shí)，fft比sweep更具有速度優(yōu)勢，但在較寬rbw的條件下，sweep模式更快。
當(dāng)掃寬小于fft的分析帶寬時(shí)，fft模式可以測量瞬態(tài)信號；在掃寬超出頻譜分析儀的fft分析帶寬時(shí)，如果采用fft掃描模式，工作方式是對信號進(jìn)行分段處理，段與段之間在時(shí)間上存在不連續(xù)性，則可能在信號采樣間隙時(shí)，丟失有用信號，頻譜分析就會存在失真。

頻譜分析儀分為實(shí)時(shí)分析式和掃頻式兩類。前者能在被測信號發(fā)生的實(shí)際時(shí)間內(nèi)取得所需要的全部頻譜信息并進(jìn)行分析和顯示分析結(jié)果；后者需通過多次取樣過程來完成重復(fù)信息分析。實(shí)時(shí)式頻譜分析儀主要用于非重復(fù)性、持續(xù)期很短的信號分析。非實(shí)時(shí)式頻譜分析儀主要用于從聲頻直到亞毫米波段的某一段連續(xù)射頻信號和周期信號的分析。
掃頻式頻譜分析儀
它是具有顯示裝置的掃頻超外差接收機(jī)，主要用于連續(xù)信號和周期信號的頻譜分析。它工作于聲頻直至亞毫米的波頻段，只顯示信號的幅度而不顯示信號的相位。它的工作原理是：本地振蕩器采用掃頻振蕩器，它的輸出信號與被測信號中的各個(gè)頻率分量在混頻器內(nèi)依次進(jìn)行差頻變換，所產(chǎn)生的中頻信號通過窄帶濾波器后再經(jīng)放大和檢波，加到視頻放大器作示波管的垂直偏轉(zhuǎn)信號，使屏幕上的垂直顯示正比于各頻率分量的幅值。本地振蕩器的掃頻由鋸齒波掃描發(fā)生器所產(chǎn)生的鋸齒電壓控制，鋸齒波電壓同時(shí)還用作示波管的水平掃描，從而使屏幕上的水平顯示正比于頻率。
工作原理、用掃頻振蕩器作為超外差接收機(jī)的本機(jī)振蕩器，當(dāng)選擇開關(guān)S置于1，鋸齒波掃描電壓對本機(jī)振蕩器I進(jìn)行掃頻，輸入信號中的各個(gè)頻率分量在混頻器中與本機(jī)掃頻信號進(jìn)行差頻，它們依次落入中放窄帶濾波器的通帶內(nèi)，被濾波器選出，經(jīng)二次變頻、檢波、放大后，加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使屏幕上的垂直顯示正比于各個(gè)頻率分量的振幅。掃描電壓同時(shí)加到示波管的水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，從而使頻幕的X坐標(biāo)變成頻率坐標(biāo)，并在屏幕上顯示出被分析的輸入信號頻譜圖。上述工作方式在本機(jī)振蕩器I上進(jìn)行掃頻，稱“掃前式”工作模式，具有很寬的分析頻帶。當(dāng)S置于2時(shí)，也可在本機(jī)振蕩器Ⅱ上進(jìn)行掃頻，稱“掃中頻式”工作模式，這時(shí)可進(jìn)行窄帶頻譜分析。
實(shí)時(shí)式頻譜分析儀
在存在被測信號的有間內(nèi)提取信號的全部頻譜信息進(jìn)行分析并顯示其結(jié)果的儀器主要用于分析持續(xù)時(shí)間很短的非重復(fù)性平穩(wěn)隨機(jī)過程和暫態(tài)過程，也能分析40兆赫以下的低頻和極低頻連續(xù)信號，能顯示幅度和相位。傅里葉分析儀是實(shí)時(shí)式頻譜分析儀，其基本工作原理是把被分析的模擬信號經(jīng)模數(shù)變換電路變換成數(shù)字信號后，加到數(shù)字濾波器進(jìn)行傅里葉分析；由*處理器控制的正交型數(shù)字本地振蕩器產(chǎn)生按正弦律變化和按余弦律變化的數(shù)字本振信號，也加到數(shù)字濾波器與被測信號作傅里葉分析。正交型數(shù)字式本振是掃頻振蕩器，當(dāng)其頻率與被測信號中的頻率相同時(shí)就有輸出，經(jīng)積分處理后得出分析結(jié)果供示波管顯示頻譜圖形。正交型本振用正弦和余弦信號得到的分析結(jié)果是復(fù)數(shù)，可以換算成幅度和相位。分析結(jié)果也可送到打印繪圖儀或通過標(biāo)準(zhǔn)接口與計(jì)算機(jī)相連。
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