频谱分析仪原理
频谱分析仪原理：频谱分析仪是对无线电信号进行测量的*设备,是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具，因此，应用十分广泛，被称为工程师的射频万用表。
1、传统频谱分析仪的前端电路是一定带宽内可调谐的接收机，输入信号经变频器变频后由低通滤器输出，滤波输出作为垂直分量，频率作为水平分量，在示波器屏幕上绘出坐标图，就是输入信号的频谱图。由于变频器可以达到很宽的频率，例如30hz-30ghz，与外部混频器配合，可扩展到100ghz以上。频谱分析仪是频率覆盖宽的测量仪器之一，无论测量连续信号或调制信号，频谱分析仪都是很理想的测量工具。但是，传统的频谱分析仪也有明显的缺点，它只能测量频率的幅度，缺少相位信息，因此属于标量仪器。
2、现代频谱分析仪是基于快速傅里叶变换(fft)的频谱分析仪，通过傅里叶运算将被测信号分解成分立的频率分量，达到与传统频谱分析仪同样的结果。这种新型的频谱分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器(adc)对输入信号取样，再经过fft处理后获得频谱分布图。在这种频谱分析仪中，为获得良好的仪器线性度和高分辨率，对信号进行数据采集时adc的取样率少等于输入信号gao频率的两倍fs=2f，即频率上限是100mhz的实时频谱分析仪需要adc有200ms/s的取样率。目前半导体工艺水平可制成分辨率8位和取样率4gs/s的adc，或者分辨率12位和取样率800ms/s的adc；即原理上仪器可达到2ghz的带宽，为了扩展频率上限，可在adc前端增加下变频器，本振采用数字调谐振荡器。这种混合式的频谱分析仪可扩展到几ghz以下的频段使用。fft的性能用取样点数和取样率来表征，例如用100ks/s的取样率对输入信号取样1024点，则gao输入频率是50khz和分辨率是50hz；如果取样点数为2048点，则分辨率提高到25hz。由此可知，gao输人频率取决于取样率，分辨率取决于取样点数，fft运算时间与取样点数成对数关系，频谱分析仪需要高频率、高分辨率和高速运算时，要选用高速的fft硬件，或者相应的数字信号处理器(dsp)芯片。例如，10mhz输入频率的1024点的运算时间80μs，而10khz的1024点的运算时间变为64ms，1khz的1024点的运算时间增加至640ms。当运算时间超过200ms时，屏幕的反应变慢，不适于眼睛的观察，补救办法是减少取样点数，使运算时间降低至200ms以下。
3、用fft计算信号频谱的算法是离散傅里叶变换，x(k)可看成是z变换在单位圆上的等距离采样值，同样x(k)也可看作是序列付氏变换x(ejω)的采样，采样间隔为ωn=2π/n 由此看出，离散付里叶变换实质上是其频谱的离散频域采样，对频率具有选择性(ωk=2πk/n)，在这些点上反映了信号的频谱。根据采样定律，一个频带有限的信号，可以对它进行时域采样而不丢失任何信息，fft变换则说明对于时间有限的信号(有限长序列)，也可以对其进行频域采样，而不丢失任何信息。所以只要时间序列足够长，采样足够密，频域采样也就可较好地反映信号的频谱趋势，所以fft可以用以进行连续信号的频谱分析。
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