频谱分析仪原理

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。扫频宽度（Span）是从左fstart到右fstop10格的频率差，例如：Span=1MHz，则100kHz/div.

安捷伦

频谱分析仪原理基础

20030830 潘裕友译于深圳仙湖

自学自娱 水平所限 不乏理解谬误之处

频谱分析仪原理基础 【Agilent _Spectrum Analysis Basics _Application Note 150】 潘裕友 译

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频谱分析仪原理基础 【Agilent _Spectrum Analysis Basics _Application Note 150】 潘裕友 译

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目 录

第一章 序论.....................................................5

引言...........................................................................................................................................5

什么是频谱？...................................................................................................................5

为什么要测量频谱？.......................................................................................................6

第二章 超外差式分析频谱仪..........................................8

超外差式频谱分析仪...............................................................................................................8

频谱分析仪操作规程

一、设置

1 打开 ON/OFF 开关

2 设置频率范围，即图形界面的横坐标，选择按下正下方一排键中的 FREQ/SPAN

键，右上方的 CENTER 键，此处设置为 930MHZ,再选择频谱的宽度，此处可以选择

7MHZ（频谱宽度的选择只要是能包含所要测试信号的所有频段，可根据情形而定）。

此处也可选择 START 和 STOP 键设置你所需要的起始和终止频率。

3 设置信号的振幅，即图形界面的纵坐标，按下最下排功能键 AMPLITUDE 键，选

择右上方 REF LEVEL 设置参考电平值，此处设置为 10dbm,然后按下 SCALE 键设置电

平值的间隔，此处可以取值为 10db.然后在设置 UNITS 键，单位为 dbm,最后选中

ATTEN 键，设置衰减值，此处的值选择手动设置，其值比参考电平的二倍大一些，

如可以选择 30.

4 设置带宽参数，选中最下方的功能键中的 BW/SWEEP 键，设置带宽参数值，选择

RBW 键，设置扫描带宽的宽度，此处的值定要小于信号频点的最小间隔值，建议取

值为 30khz,如果仅测试一束波形，此处可以忽略设置 。

二 测试流程

到此基本所需要的参数设置完毕，可以对信源进行测试啦，我们所要测试的数

据主要从两点入手，

（一） MU 侧信号电平值的测试

1）测试 HDL 输出地电平值，理论值趋近于 0dbm,用双工头 1/2 跳线于频谱仪的

RF 口对接，打开频谱仪开关，按回车，在屏幕显示出波形图，再按回车，然后按 MARKER

键，选中 M1（此时 M1 是出于 ON 状态，其他的 M 处于 OFF 状态），再选择 MARKER TO

PEAK 键读取此时的峰值，就是你所要测试的信号电平值。然后按下回车键正下方的

SINGLE CONT 键锁定峰值，如需要可以将其保存下来，按下 SAVE DISPLY 键将其保

存为容易识别的名字。以此类推，分别测试光模块的主备信号值，和从信号的电平

频谱分析仪的工作原理

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。下面结合我台DSNG卫星移动站的工作特点，就电视信号传输过程中利用频谱分析仪捕捉卫星信标，监控地面站工作状态等方面，简要介绍一下频谱分析仪的工作原理。

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（见图1）。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。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。这一点是非常重要的。

对于一个有线电视信号，它包含许多图像和声音信号，其频谱分布非常复杂。在卫星监测上，能收到多个信道，每个信道都占有一定的频谱成份，每个频率点上都占有一定的带宽。这些信号都要从频谱分析的角度来得到所需要的参数。

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。我们把这种方法叫作动态信号的分析方法。特点是比较快，有较高的采样速率，较高的分辨率。即使是两个信号间隔非常近，用傅立叶变换也可将它们分辨出来。但由于其分析是用数字采样，所能分析信号的最高频率受其采样速率的影响，限制了对高频的分析。目前来说，最高的分析频率只是在10MHz或是几十MHz，也就是说其测量范围是从直流到几十MHz。是矢量分析。