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頻譜分析儀分類
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(cè)信號(hào)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(hào)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(hào)和周期信號(hào)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(hào)和周期信號(hào)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(hào)的幅度而不顯示信號(hào)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(hào)與被測(cè)信號(hào)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(hào)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(hào)，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。
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(duì)本機(jī)振蕩器I進(jìn)行掃頻，輸入信號(hào)中的各個(gè)頻率分量在混頻器中與本機(jī)掃頻信號(hào)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(hào)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。

頻譜分析是觀察和測(cè)量信號(hào)幅度和信號(hào)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(hào)的傅立葉變換的幅度。信號(hào)頻域分析的測(cè)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(hào)源，天線，或信號(hào)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(hào)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(hào)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(chǎng)維護(hù)。新型頻譜分析儀已經(jīng)改名叫信號(hào)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(hào)細(xì)節(jié)已受到的高度重視。在制造領(lǐng)域，測(cè)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(cè)量。
有兩種技術(shù)方法可完成信號(hào)頻域測(cè)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(hào)，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(hào)。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(hào)。
2．掃頻式頻譜分析儀可分析穩(wěn)定和周期變化信號(hào)，可提供信號(hào)幅度和頻率信息，適合于寬頻帶快速掃描測(cè)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(hào)處理來實(shí)現(xiàn)多個(gè)立濾波器相當(dāng)?shù)墓δ堋母拍钌现v，F(xiàn)FT方法是簡(jiǎn)單明確的：對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，再計(jì)算頻譜。實(shí)際上，為了使測(cè)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(duì)需要分析較窄頻帶（不是從直流開始）的測(cè)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(huì)增加FFT所要處理的數(shù)組長(zhǎng)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(zhǎng)度往往是可取的。
另一種方法是使用數(shù)字下變頻器，對(duì)于帶限信號(hào)，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。

頻譜分析儀匹配因素
量測(cè)設(shè)備的輸入阻抗有時(shí)無法匹配待測(cè)件連接線特性阻抗，根據(jù)電磁
理論，阻抗匹配時(shí)，輸出功率且沒有其它不良的，而阻抗不匹
配，將造成信號(hào)反射，影響系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定與造成信號(hào)功率的損失。信號(hào)
在傳輸在線往返傳送將產(chǎn)生駐波及噪聲，進(jìn)而影響接收端的信號(hào)質(zhì)量與量
測(cè)值的準(zhǔn)確性。量測(cè)設(shè)備輸入阻抗與待測(cè)件組抗不匹配之缺點(diǎn)可規(guī)納為：
A.信號(hào)反射，傳輸纜在線產(chǎn)生駐波。
B.噪聲。
C.降低信號(hào)輸出功率。
D.影響系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定。
E.影響量測(cè)值之準(zhǔn)確度。

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(cè)高頻信號(hào)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(hào)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(hào)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?，可以得知超外差式頻譜分析儀無法分析瞬時(shí)信號(hào)（TransientSignal）或脈沖信號(hào)（Impulse Signal）的頻譜，而其主要應(yīng)用則在測(cè)試周期性的信號(hào)及其它雜散信號(hào)（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(duì)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(hào)的頻率均高于中頻信號(hào)的頻率，本地振蕩器輸出信號(hào)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(hào)量測(cè)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(hào)，均能被混波產(chǎn)生中頻。延伸輸入信號(hào)頻率的混波原理，其中縱軸代表輸入信號(hào)（?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(duì)應(yīng)的正負(fù)號(hào)。
可體會(huì)頻譜分析儀利用本地振蕩的諧波信號(hào)延伸輸入信號(hào)頻率的工作原理。然而可能對(duì)應(yīng)多個(gè)輸入信號(hào)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(hào)的頻率。
圖1.4：利用本地振蕩之諧波信號(hào)拓展信號(hào)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(hào)（TransientSignal）或脈沖信號(hào)（Impulse Signal）的頻譜，而其主要應(yīng)用則在測(cè)試周期性的信號(hào)及其它隨機(jī)信號(hào)（Random Signal）的頻譜。
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