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頻譜分析儀儀器特性
分析頻譜分析儀的訊息處理過程
在量測高頻信號時(shí)，外差式的頻譜分析儀混波以后的中頻因放大之故，能得到較高的靈敏度，且改變中頻濾波器的頻帶寬度，能容易地改變頻率的分辨率，但由于超外差式的頻譜分析儀是在頻帶內(nèi)掃瞄之故，因此，除非使掃瞄時(shí)間趨近于零，無法得到輸入信號的實(shí)時(shí)（Real Time）反應(yīng)，故欲得到與實(shí)時(shí)分析儀的性能一樣的超外差式頻譜分析儀，其掃瞄速度要非常之快，若用比中頻濾波器之時(shí)間常數(shù)小的掃瞄時(shí)間來掃瞄的話，則無法得到信號正確的振幅，因此欲提高頻譜分析儀之頻率分辨率，且要能得到準(zhǔn)確之響應(yīng)，要有適當(dāng)?shù)膾呙樗俣?。由以上之?dāng)⑹觯梢缘弥獠钍筋l譜分析儀無法分析瞬時(shí)信號（TransientSignal）或脈沖信號（Impulse Signal）的頻譜，而其主要應(yīng)用則在測試周期性的信號及其它雜散信號（Random Signal）的頻譜。頻譜分析儀系統(tǒng)內(nèi)部及面板顯示的特性，詳如附錄一的說明，對該內(nèi)容的了解將有助于頻譜分析儀的操作使用。一般本地振蕩器輸出信號的頻率均高于中頻信號的頻率，本地振蕩器輸出信號的頻率可被調(diào)整在諧波之頻率，亦即?IN=n??LO±?I F n=1,2,3.......⑵
由式⑵得知，頻譜分析儀的信號量測范圍，無形中己被拓寬，低于或高于本地振蕩器或其它諧波頻率的輸入信號，均能被混波產(chǎn)生中頻。延伸輸入信號頻率的混波原理，其中縱軸代表輸入信號（?IN），橫軸代表本地振蕩頻率（?LO），圖中的正負(fù)整數(shù)代表公式⑵中頻放大器對應(yīng)的正負(fù)號。
可體會頻譜分析儀利用本地振蕩的諧波信號延伸輸入信號頻率的工作原理。然而可能對應(yīng)多個(gè)輸入信號頻率，為消除此一現(xiàn)象，在衰減器前面加入頻率預(yù)選器（Preselector），用來提升頻譜分析儀的范圍，同時(shí)使輸出的結(jié)果能去除其它不必要的頻率而真正反應(yīng)輸入信號的頻率。
圖1.4：利用本地振蕩之諧波信號拓展信號頻率的原理
由以上得知超外差或頻譜分析儀無法分析瞬時(shí)信號（TransientSignal）或脈沖信號（Impulse Signal）的頻譜，而其主要應(yīng)用則在測試周期性的信號及其它隨機(jī)信號（Random Signal）的頻譜。

頻譜分析儀是研究電信號頻譜結(jié)構(gòu)的儀器，用于信號失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號參數(shù)的測量，可用以測量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù)，是一種多用途的電子測量儀器。它又可稱為頻域示波器、跟蹤示波器、分析示波器、諧波分析器、頻率特性分析儀或傅里葉分析儀等。現(xiàn)代頻譜分析儀能以模擬方式或數(shù)字方式顯示分析結(jié)果，能分析1赫以下的甚低頻到亞毫米波段的全部無線電頻段的電信號。儀器內(nèi)部若采用數(shù)字電路和微處理器，具有存儲和運(yùn)算功能；配置標(biāo)準(zhǔn)接口，就容易構(gòu)成自動(dòng)測試系統(tǒng)。
頻譜分析系統(tǒng)主要的功能是在頻域里顯示輸入信號的頻譜特性。頻譜分析儀依信號處理方式的不同，一般有兩種類型；即時(shí)頻譜分析儀（Real-Time Spectrum Analyzer）與掃描調(diào)諧頻譜分析儀（Sweep-Tuned Spectrum Analyzer).即時(shí)頻率分析儀的功能為在同一瞬間顯示頻域的信號振幅，其工作原理是針對不同的頻率信號而有相對應(yīng)的濾波器與檢知器（Detector)，再經(jīng)由同步的多工掃描器將信號傳送到CRT或液晶等顯示儀器上進(jìn)行顯示，其優(yōu)點(diǎn)是能顯示周期性雜散波（Periodic Random Waves）的瞬間反應(yīng)，其缺點(diǎn)是價(jià)昂且性能受限于頻寬范圍，濾波器的數(shù)目與的多工交換時(shí)間（Switching Time).常用的頻譜分析儀是掃描調(diào)諧頻譜分析儀，其基本結(jié)構(gòu)類似超外差式，工作原理是輸入信號經(jīng)衰減器直接外加到混波器，可調(diào)變的本地振蕩器經(jīng)與CRT同步的掃描產(chǎn)生器產(chǎn)生隨時(shí)間作線性變化的振蕩頻率，經(jīng)混波器與輸入信號混波降頻后的中頻信號（IF）再放大，濾波與檢波傳送到CRT的垂直方向板，因此在CRT的縱軸顯示信號振幅與頻率的對應(yīng)關(guān)系。較低的RBW固然有助於不同頻率信號的分辨與量測，低的RBW將濾除較高頻率的信號成份，導(dǎo)致信號顯示時(shí)產(chǎn)生失真，失真值與設(shè)定的RBW密切相關(guān)，較高的RBW固然有助於寬頻帶信號的偵測，將增加雜訊底層值（Noise Floor），降低量測靈敏度，對於偵測低強(qiáng)度的信號易產(chǎn)生阻礙，因此適當(dāng)?shù)腞BW寬度是正確使用頻譜分析儀重要的概念。
一般維修者不使用，一是他的價(jià)格較高，二是操作較為復(fù)雜。需要配合信號發(fā)生器。但使用起來很方便的可以查找故障。

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。

頻譜分析儀操作
硬鍵、軟鍵和旋鈕
這是儀器的基本操作手段。
1．三個(gè)大硬鍵和一個(gè)大旋鈕：大旋鈕的功能由三個(gè)大硬鍵設(shè)定。按一下頻率硬鍵，則旋鈕可以微調(diào)儀器顯示的中心頻率；按一下掃描寬度硬鍵，則旋鈕可以調(diào)節(jié)儀器掃描的頻率寬度；按一下幅度硬鍵，則旋鈕可以調(diào)節(jié)信號幅度。旋動(dòng)旋鈕時(shí)，中心頻率、掃描寬度（起始、終止頻率）、和幅度的dB數(shù)同時(shí)顯示在屏幕上。
2．軟鍵：在屏幕右邊，有一排縱向排列的沒有標(biāo)志的按鍵，它的功能隨項(xiàng)目而變，在屏幕的右側(cè)對應(yīng)于按鍵處顯示什么，它就是什么按鍵。
3． 其它硬鍵：儀器狀態(tài)（INSTRUMNT STATE）控制區(qū)有十個(gè)硬鍵：RESET清零、CANFIG配置、CAL校準(zhǔn)、AUX CTRL控制、COPY打印、MODE模式、SAVE存儲、RECALL調(diào)用、MEAS/USER測量/用戶自定義、SGL SWP信號掃描。光標(biāo)（MARKER）區(qū)有四個(gè)硬鍵：MKR光標(biāo)、MKR 光標(biāo)移動(dòng)、RKR FCTN光標(biāo)功能、PEAK SEARCH峰值搜索?？刂疲–ONTRL）區(qū)有六個(gè)硬鍵：SWEEP掃描、BW帶寬、TRIG觸發(fā)、AUTO COVPLE自動(dòng)耦合、TRACE跟蹤、DISPLAY顯示。在數(shù)字鍵區(qū)有一個(gè)BKSP回退，數(shù)字鍵區(qū)的右邊是一縱排四個(gè)ENTER確認(rèn)鍵，同時(shí)也是單位鍵。大旋鈕上面的三個(gè)硬鍵是窗口鍵：ON打開、NEXT下一屏、ZOOM縮放。大旋鈕下面的兩個(gè)帶頭的鍵STEP配合大旋鈕使用作上調(diào)、下調(diào)。
輸入和輸出接口位于一起面板下邊一排。TV IN測視頻指標(biāo)的信號輸；VOL INTEN是內(nèi)外一套旋鈕控制、調(diào)節(jié)內(nèi)置喇叭的音量和屏幕亮度；CAL OUT儀器自檢信號輸出；300Mhz 29dBmv儀器標(biāo)準(zhǔn)信號輸出口；PROBE PWR儀器探針電源；IN 75Ω1M—1.8G測試信號總輸。
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