频域测量仪器及应用

频谱分析仪知识一、概述（一）用途频谱分析仪是频域测试领域使用最广泛的一类仪器，可以测量连续波、脉冲及调制等多种信号的频谱，可以测试信号的频率、功率、带宽、调制等参数，增加选件可以进行相位噪声、噪声系数、信道功率、矢量信号、网络参数、故障定位、电磁兼容等测试分析，广泛应用于通信、雷达、导航、频谱管理、信号监测、信息安全等测试领域，还可以用于电子元器件、部件和设备的科研、生产、测试、试验以及计量等。

（二）分类与特点频谱分析仪按其工作原理可分为非实时频谱分析仪和实时频谱分析仪两大类。

●非实时频谱分析仪特点非实时频谱分析仪按工作原理分为扫描调谐型、超外差型等，它们首先对输入信号按时间顺序进行扫描式调谐变频，然后对变频后的信号进行中频滤波、包络检波、视频滤波等处理，最终得到信号的频谱信息。

这种扫描式频谱分析仪在某一瞬间只能“观看”一个频率，逐次“观看”待测信号的全部频率范围，因此，它们只能分析在规定时间内频谱几乎不变化的周期重复信号。

但是，扫本振型超外差式频谱分析仪具有频率范围宽、选择性好、灵敏度高、动态范围大等多项优点，是目前用途最广泛的一类频谱分析仪。

●实时频谱分析仪特点实时频谱分析仪通过FFT变换，能同时观测显示其规定频率范围内所有频率分量，而且保持了两个信号间的时间关系（相位关系），使得它不仅能分析周期信号、随机信号，而且能分析瞬时信号和猝发信号。

实时触发、无缝捕获和多域分析是实时频谱分析仪的几个主要特点。

实时频谱分析仪可以很好地解决现代雷达和通信系统中出现的脉冲压缩、捷变频、直扩、跳频、码分多址和自适应调制等各种复杂信号的测试需求。

频谱分析仪按其结构形式可分为台式、便携式、手持式和模块（VXI、PCI、PXI、LXI等总线形式)等类型产品。

（三）产品国内外现状国内生产频谱分析仪的厂家主要有：中国电子科技集团41所、成都前锋电子、天津德力、北京普源精电、安泰信电子、苏州同创电子等单位。

中国电子科技集团41所拥有台式、便携式、手持式和模块产品，频率范围覆盖3Hz～50GHz（通过外扩频方式可到110GHz）。

物理实验技术中的频率测量使用方法物理实验中频率测量的使用方法在物理实验中，频率测量是一项重要的技术手段。

频率测量可以帮助我们了解物体的振动、波动以及各种物理信号的特性。

本文将介绍一些常见的频率测量使用方法，包括机械振子实验、示波器测量和频谱分析仪应用。

一、机械振子实验中的频率测量在机械振子实验中，频率测量是为了了解振子的固有频率，并用于研究与频率相关的现象。

常见的测量方法有计数器法和示波器法。

计数器法是一种简单直接的方法。

我们可以使用一个计数器来计算振子的振动周期，然后通过周期计算出频率。

这种方法适用于频率较低或周期较长的振动现象。

示波器法则是一种更为常见和精确的方法。

示波器可以将振子的振动实时显示在屏幕上，通过观察波形图的重复周期，可以直接测量出频率。

示波器法适用于频率较高或周期较短的振动现象。

二、示波器测量中的频率测量示波器是一种用于观察和测量电子信号的设备。

在物理实验中，示波器的频率测量功能被广泛应用于信号分析和调试。

示波器的频率测量主要通过时间测量来实现。

示波器可以测量信号波形的时间周期，并通过倒数转换为频率。

常见的示波器频率测量方法有峰峰值法和周期计数法。

峰峰值法是一种直接测量示波器屏幕上两个相邻波峰或波谷之间的时间间隔的方法。

通过不断测量并求平均值，可以得到相对精确的频率值。

周期计数法是一种更常用的示波器频率测量方法。

示波器可以自动识别信号波形的上升沿或下降沿，并开始计数，直到下一次上升沿或下降沿出现，然后停止计数并除以测量时间，得到频率值。

三、频谱分析仪在频率测量中的应用频谱分析仪是一种专门用于分析信号频谱的设备。

频谱分析仪可以将信号分解成不同频率分量，并显示每个频率分量的幅度和相位。

频谱分析仪的频率测量是基于信号的频谱分析原理。

通过将信号输入频谱分析仪，它可以对信号进行频域分解，然后通过测量各个频率分量的位置和幅度来得到频率信息。

频谱分析仪广泛应用于信号分析和故障诊断。

例如，在音频产业中，频谱分析仪可以用于分析音频信号的频谱，帮助制造商调试音响设备的性能。

什么是频谱分析仪，频谱分析仪的工作原理是什么，频谱分析仪怎样使用？什么是频谱分析仪？频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。

它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。

现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，能分析1赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。

仪器内部若采用数字电路和微处理器，具有存储和运算功能；配置标准接口，就容易构成自动测试系统。

频谱分析仪的工作原理以及应用方面推广：频谱分析仪的组成及工作原理图1所示为扫频调谐超外差频谱分析仪组成框图。

输入信号经衰减器以限制信号幅度，经低通输入滤波器滤除不需的频率，然后经混频器与本振（LO）信号混频将输入信号转换到中频（IF）。

LO 的频率由扫频发生器控制。

随着LO频率的改变，混频器的输出信号（它包括两个原始信号，它们的和、差及谐波，）由分辨力带宽滤波器滤出本振比输入信号高的中频，并以对数标度放大或压缩。

然后用检波器对通过IF滤波器的信号进行整流，从而得到驱动显示垂直部分的直流电压。

随着扫频发生器扫过某一频率范围，屏幕上就会画出一条迹线。

该迹线示出了输入信号在所显示频率范围内的频率成分。

频谱仪各部分作用及显示信号分析输入衰减器：保证频谱仪在宽频范围内保持良好匹配特性，以减小失配误差;保护混频器及其它中频处理电路，防止部件损坏和产生过大的非线性失真。

混频器：完成信号的频谱搬移，将不同频率输入信号变换到相应中频。

在低频段（《3GHz）利用高混频和低通滤波器抑制镜像干扰;在高频段（》3GHz）利用带通跟踪滤波器抑制镜像干扰。

本振（LO）：它是一个压控振荡器，其频率是受扫频发生器控制的。

其频率稳定度锁相于参考源。

扫频发生器：除了控制本振频率外，它也能控制水平偏转显示，锯齿波扫描使频谱仪屏幕上从左到右显示信号，然后重复这个扫描不断更新迹线。

频谱分析仪的使用一、什么是频谱分析仪在频域内分析信号的图示测试仪。

以图形方式显示信号幅度按频率的分布，即X轴表示频率，Y轴表示信号幅度。

二、原理：用窄带带通滤波器对信号进行选通。

三、主要功能：显示被测信号的频谱、幅度、频率。

可以全景显示，也可以选定带宽测试。

四、测量机制：1、把被测信号与仪器内的基准频率、基准电平进行对比。

因为许多测量的本质都是电平测试，如载波电平、A/V、频响、C/N、CSO、CTB、HM、CM以及数字频道平均功率等。

2、波形分析：通过107选件和相应的分析软件，对电视的行波形进行分析，从而测试视频指标。

如DG、DP、CLDI、调制深度、频偏等。

五、操作：（一）硬键、软键和旋钮：这是仪器的基本操作手段。

1、三个大硬键和一个大旋钮：大旋钮的功能由三个大硬键设定。

按一下频率硬键，则旋钮可以微调仪器显示的中心频率；按一下扫描宽度硬键，则旋钮可以调节仪器扫描的频率宽度；按一下幅度硬键，则旋钮可以调节信号幅度。

旋动旋钮时，中心频率、扫描宽度（起始、终止频率）、和幅度的dB数同时显示在屏幕上。

2、软键：在屏幕右边，有一排纵向排列的没有标志的按键，它的功能随项目而变，在屏幕的右侧对应于按键处显示什么，它就是什么按键。

3、其它硬键：仪器状态(INSTRUMNT STATE)控制区有十个硬键：RESET清零、CANFIG配置、CAL校准、AUX CTRL辅助控制、COPY打印、MODE模式、SAVE存储、RECALL调用、MEAS/USER 测量/用户自定义、SGL SWP信号扫描。

光标（MARKER）区有四个硬键：MKR光标、MKR 光标移动、RKR FCTN光标功能、PEAK SEARCH峰值搜索。

控制（CONTRL）区有六个硬键：SWEEP扫描、BW带宽、TRIG触发、AUTO COVPLE自动耦合、TRACE跟踪、DISPLAY显示。

在数字键区有一个BKSP回退，数字键区的右边是一纵排四个ENTER确认键，同时也是单位键。

《频谱仪的使用》频谱仪是一种用于分析信号频谱特性的仪器，它能够将信号频谱以图形的方式展示出来，从而帮助我们更好地理解信号的频谱特性及其变化规律。

频谱仪在无线通信、音频处理、声学研究等领域有着广泛的应用，并且在科研领域中是一种非常重要的测试仪器。

频谱仪的基本工作原理是通过将输入信号进行变换，从时域转换到频域，然后将频域信号以图形形式显示出来。

常见的频谱仪可分为两种类型，分别是基于频谱分析法的频谱仪和基于光学原理的光谱仪。

基于频谱分析法的频谱仪通过对输入信号进行傅里叶变换，将信号从时域转换到频域，然后通过电子显示器等设备将频域信号以波形图的形式显示出来。

这种频谱仪适用于分析连续信号的频谱特性，可以很好地显示信号的频率分布和功率分布情况。

基于光学原理的光谱仪则是利用玻璃光栅或光纤光栅等光学元件分解出不同波长的光，并通过光电二极管等光敏器件将光信号转换为电信号，并通过显示器将电信号以图形的方式显示出来。

光谱仪适用于分析光信号的频谱特性，常用于光学实验和光谱分析领域。

对于频谱仪的使用，首先需要根据实际需求选购适合的型号和规格。

在使用过程中，应仔细阅读使用说明书，了解仪器的基本操作方法和安全注意事项。

为了保证测量结果的准确性，还需要注意以下几个方面：1.选择适当的输入信号源。

频谱仪的输入信号源可以是声音、光信号、无线电信号等，需要根据实际需求选择合适的输入源。

在使用前应确保输入信号源的稳定性和可靠性，以免影响测量结果。

2.设置合适的测量范围和分辨率带宽。

频谱仪的测量范围和分辨率带宽需要根据实际信号的频率范围和分辨率要求进行设置。

选择合适的测量范围和分辨率带宽可以提高测量的精确度和分辨能力。

3.避免干扰信号。

在使用频谱仪时，应尽量将测量环境中的干扰信号降至最低。

例如，在无线通信中，可以将频谱仪与被测信号之间隔离一定的距离，避免干扰信号对测量结果的影响。

4.使用合适的测量参数。

频谱仪提供了多种测量参数，例如功率谱密度、峰值功率、谱线宽度等。

频谱分析仪的原理与应用1. 什么是频谱分析仪？频谱分析仪是一种用于测量和分析信号频谱的仪器。

它能够将一个复杂的信号分解成不同频率分量，并显示出这些频率分量的幅度和相位信息。

频谱分析仪被广泛应用于无线通信、音频处理、电力系统等领域，主要用于故障诊断、信号质量评估和频谱监测等方面。

2. 频谱分析仪的工作原理频谱分析仪的工作原理基于信号的傅立叶变换。

傅立叶变换是将一个时域信号转换为频域信号的数学技术。

频谱分析仪通过对输入信号进行采样，然后使用快速傅立叶变换（FFT）算法将时域信号转换为频域信号。

FFT算法能够高效地计算出信号的频谱信息。

3. 频谱分析仪的应用频谱分析仪在各种领域中都有重要的应用，下面列举了一些常见的应用场景：3.1 无线通信在无线通信中，频谱分析仪用于信号质量评估和频谱监测。

它能够帮助工程师检测和解决信号干扰问题，提高通信系统的性能和可靠性。

3.2 音频处理频谱分析仪在音频处理领域中也有广泛的应用。

它可以帮助音频工程师分析音频信号的频谱特性，对音频进行均衡处理、降噪处理等，提高音频的质量。

3.3 电力系统频谱分析仪在电力系统中用于故障诊断和监测电力质量。

它可以检测和分析电力系统中的谐波、干扰等问题，提供电力系统运行的安全保障。

3.4 振动分析在机械领域，频谱分析仪可用于振动分析。

通过监测和分析机械设备的振动信号，可以判断设备的工作状态、故障原因等，以便进行维护和修理。

3.5 科学研究频谱分析仪在科学研究中也扮演着重要的角色。

比如在天文学中，频谱分析仪用于研究星体的辐射能谱，从而推断星体的性质和演化过程。

4. 频谱分析的优势和局限性频谱分析仪具有以下优势：•可以将信号分解为不同频率分量，便于对信号进行深入分析。

•可以显示信号的频谱信息，对信号特性进行可视化。

•可以帮助工程师解决信号质量问题和干扰问题，提高系统性能。

然而，频谱分析仪也有一些局限性：•频谱分析仪需要对信号进行采样和数字化，可能会引入一定的误差。

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------频谱仪原理与使用介绍2008年4月频谱仪原理与使用介绍主讲：李家杰2008年4月频谱测量的意义频谱仪的工作原理频谱仪各主要组件的功能频谱仪的正确使用频谱仪的各项参数设置介绍频谱仪的校准利用频谱仪进行测量的一些技巧2008年4月频谱测量的意义频谱分析仪对于信号分析来说是不可少的。

它是利用频率域对信号进行分析、研究，同时也应用于诸多领域，如通讯发射机以及干扰信号的测量，频谱的监测，器件的特性分析等等，各行各业、各个部门对频谱分析仪应用的侧重点也不尽相同。

2008年4月频谱测量的意义科学发展到今天，我们可以用许多方法测量一个信号，不管它是什么信号。

通常所用的最基本的仪器是示波器---观察信号的波形、频率、幅度等，但信号的变化非常复杂，许多信息是用示波器检测不出来的，如果我们要恢复一个非正弦波信号F，从理论上来说，它是由频率F1、电压V1与频率为F2、电压为V2信号的矢量迭加。

2008年4月频谱测量的意义从分析手段来说，示波器横轴表示时间，纵轴为电压幅度，曲线是表示随时间变化的电压幅度，这是时域的测量方法。

如果要观察其频率的组成，要用频域法，其横坐标为频率，纵1/ 23轴为功率幅度。

这样，我们就可以看到在不同频率点上功率幅度的分布，就可以了解这两个（或是多个）信号的频谱分布。

Atf时域频域2008年4月频谱测量的意义所以说有了这些单个信号的频谱，我们就能把复杂信号再现、复制出来。

这一点在我们要对复杂信号进行频率测量和分析时，是非常重要的，是时域分析所无法实现的。

2008年4月频谱仪的工作原理从技术实现来说，目前有两种方法对信号频率进行分析。

其一是对信号进行时域的采集，然后对其进行傅里叶变换，将其转换成频域信号。

频谱仪原理与使用介绍频谱仪是一种用来测量信号频谱的仪器。

它基于信号的频率分析原理，可以将复杂的时域信号转化为频域信号，显示信号在不同频率上的能量分布情况。

频谱仪广泛应用于无线通信、音频处理、雷达、声学等领域。

频谱仪的工作原理主要包括信号采样、频谱计算和显示输出三个步骤。

下面是一般频谱仪的工作流程：1. 信号采样：频谱仪先对待测信号进行采样，将信号从时域转换为数字信号。

采样频率越高，频谱仪可以测量的最高频率就越大。

2. 频谱计算：频谱仪对采样信号进行频率分析，计算信号在不同频率上的能量分布。

常见的频谱计算方法包括快速傅里叶变换（FFT）和离散傅里叶变换（DFT）等。

通过频谱计算，频谱仪可以得到信号的频谱信息。

3. 显示输出：频谱仪将频谱信息转化为可视化的图形输出，通常以频谱图的形式展示。

频谱图中的横轴表示频率，纵轴表示信号在对应频率上的能量，可以通过颜色深浅或高矮来表示能量大小。

频谱仪还可以提供其他功能，如峰值持续功率（Peak Hold）、平均功率（Average Power）等。

使用频谱仪时，首先需要连接待测信号源和频谱仪的输入接口。

然后设置合适的采样参数，如采样率和采样时间。

接下来，启动频谱仪，在显示屏或监视器上观察频谱图的变化。

通过观察频谱图，可以分析信号的频谱特征，如频率分布、峰值位置、带宽等信息。

频谱仪的使用需要注意以下几点：1. 频谱仪的测量范围要满足待测信号的频率范围要求，否则可能无法正确测量。

2. 采样率和采样时间的选择要根据待测信号的频率、带宽和时域分辨率等因素综合考虑。

3. 在使用过程中，要保证信号源和频谱仪之间的连接稳定，避免信号失真或泄漏。

4. 对于复杂的信号，可以通过调整采样参数、使用不同的窗函数等方式来优化频谱图的显示效果。

5. 在进行频谱分析时，可以选择适当的显示模式和放大倍数，以便更清晰地观察信号的频谱特性。

总而言之，频谱仪是一种重要的频率分析工具，能够帮助工程师和科研人员对信号进行深入分析和处理，为无线通信、音频处理等领域的研发和调试提供有力支持。

频谱仪技术及使用
频谱仪（Spectrum Analyzer）是一种测量及分析电信号频率成
分的仪器。

它可以将信号在频率域上进行展示，以便观察信号的频谱特性。

频谱仪的工作原理是将输入信号经过前端调制处理，将其转换成相应的频率分量，然后通过傅里叶变换来将信号从时域转换到频域。

最终，信号的幅度和相位信息会被分别显示在频谱仪的幅度和相位谱上。

频谱仪广泛应用于电子通信、无线电、音频、视频以及其他领域。

它对于调频、调幅、调相等调制技术的分析非常重要，也常用于频率测量、谐波分析、信噪比测量、功率分析、频谱监测等领域。

在使用频谱仪时，通常需要先设置好相关的参数，例如选择适当的带宽、中心频率和参考级别。

然后通过连接信号源将信号输入频谱仪，并观察频谱显示。

频谱仪可以提供信号的频域特性信息，如频率分量、幅度和相位，可以对信号进行谱分析、频谱显示和频谱监测等操作。

为了更好地使用频谱仪，操作者需要了解信号的频域特性及仪器的各项参数及功能。

同时，对于复杂信号和干扰信号的处理，需要学会选择合适的触发方式、去除杂散干扰、增加分辨能力，并进行合理的频谱数据处理和分析。

综上所述，频谱仪是一种重要的测量仪器，能够提供信号的频
谱特性信息。

它在电信号分析、频率测量以及频谱监测等领域具有广泛的应用，并且使用频谱仪需要具备相关的知识和技能。

频谱分析仪时域应用介绍频谱仪一般是一种非时域工具，主要描述信号在频域上的变化(用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量)，在时域上使用得并不广泛。

不过，RIGOL DSA1000系列频谱仪提供的上位机应用工具Ultra Spectrum可以支持这方面的应用。

频谱仪时域应用与分析是建立在频谱数据在时间域上存储(频谱数据+时间信息)形成的数据集基础之上的，通过对该数据集的分析可以得出相关测量结论。

下面将结合这一工具来解决分析被测件异常信号(隐含信号)的问题。

频谱仪时域应用与分析：捕获隐含信号有应用价值的信号(例如通讯领域使用的信号)一般都是周期性信号，信号发生的过程携带着时间信息。

RIGOL DSA1000系列频谱仪提供上位机应用工具Ultra Spectrum，该工具就是以记录频谱数据以及该频域数据产生的时间数据(以瀑布图形式表现)为分析对象而展开分析应用。

图1：可疑信号D1。

通过图1(或图2)可以清楚地看到频谱数据在不同时间的变化特点。

除了图像上看到的“视觉变化外还可以通过配合纵轴上的数据得出“变化趋势的可计量值(拟合出的信号随时间变化的曲线，曲线上读值)。

下面开始借助这一工具分析异常信号(隐含信号)。

图2：可疑信号D2和D3。

图1(或图2)中的瀑布图横坐标为频率，纵坐标为采集时间(这里未显示)，颜色域表示频谱强度。

中间的横向红线为标记线(用来标记查看特定时刻的某一条频谱轨迹)。

可以看到，该图显示的是当前从仪器(DSA1020)获取的一段时间内频谱数据的累加数据，红色区域(非横向标记线)为主信号区域(由于该信号带宽很小，因此在瀑布图中表现为纵向“红线)，其左右为两个有效信号。

这三个信号形成的“田垄较平坦说明该部分信号稳定。

而在主信号左侧隐约出现三个信号形成的“田垄(矩形框标记位置)，这些信号就是可疑信号(从右向左依次命名为D1-Distrustful1、D2-Distrustful2、D3-Distrustful3)。

频谱仪的原理和应用是什么1. 频谱仪的原理频谱仪是一种用于测量信号频谱的仪器。

它基于傅里叶变换的原理，将时域信号转换为频域信号，并以图形的形式展示出信号在不同频率上的能量分布。

频谱仪有以下几个主要的原理：1.1 傅里叶变换傅里叶变换是频谱仪原理中最核心的部分。

频谱仪通过傅里叶变换将时域信号转换为频域信号。

傅里叶变换的数学公式为：$$F(w) = \\int_{-\\infty}^{\\infty}f(t)e^{-jwt}dt$$其中，F(w)是频谱，f(t)是时域信号，w是频率。

1.2 采样和量化频谱仪在对信号进行傅里叶变换之前，需要先对信号进行采样和量化处理。

采样是指以一定的时间间隔对信号进行离散采样，而量化是指将采样到的信号幅度离散化为一系列的离散值。

1.3 快速傅里叶变换（FFT）快速傅里叶变换（FFT）是一种高效的计算傅里叶变换的算法。

它通过将信号分解为多个频率分量，并利用分解后的频率分量之间的关系，快速计算出傅里叶变换的结果。

FFT在频谱仪中被广泛使用，能够大幅提高计算效率。

2. 频谱仪的应用频谱仪具有广泛的应用领域，以下列举了一些主要的应用：2.1 通信系统中的频谱分析在无线通信系统中，频谱仪用于分析和监测无线信号的频谱分布。

通过对无线信号进行频谱分析，可以了解其带宽、占用的频率范围等信息。

这对于频谱资源的合理分配和无线电干扰的检测都非常重要。

2.2 无线电频率规划频谱仪可以帮助无线电频率规划人员确定何时和何地可以使用某个频率段。

通过对现有频谱的分布情况进行分析，可以避免不同频率信号之间的干扰，从而提高通信质量和功率效率。

2.3 音频和视频分析频谱仪在音频和视频分析中也扮演着重要角色。

在音频系统中，频谱仪可以用来分析音频信号的频域特性，例如音量、频率响应等。

在视频系统中，频谱仪可以用来分析视频信号的频域特性，例如色彩平衡、亮度均匀性等。

2.4 物理实验中的频谱分析频谱仪在物理实验中也有广泛应用。