频谱分析仪的分类.doc

频谱分析仪的分类秦顺友(中国电子科技集团公司第五十四研究所,石家庄050081)频谱分析仪是用来分析信号中所含有的频率成份的专用仪器。随着无线电和电子技术的不断发展,频谱分析仪的技术性能和测试功能日益完善。目前一些新颖高档的频谱分析仪具有大频率测量范围,高的准确度、灵敏度以及稳定度,可用来测量信号的许多参数。如功率测量、频率测量、调制测量、失真测量、噪声测量、EMC/EMI测量等等。频谱分析仪按其结构原理可分为两大类,即模拟式频谱分析仪和数字式频谱分析仪。早期的频谱分析仪属于模拟式,目前模拟式频谱分析仪仍在广泛使用。数字式频谱分析仪是以数字滤波器或FFT为基础构成的,由于数字式频谱分析仪受到数字系统的工作速度的限制,因此此类频谱分析仪多半使用于低频段。此外,现代一些新颖高档的频谱分析仪,即能用来测量低频信号,又能用来测量高频信号,其结构属于以上两种类型的混合,常称为“模拟数字”混合式频谱分析仪。依据频谱分析仪的实现方法和频谱测试的实现技术,频谱分析仪一般可分为:带通滤波器分析仪、快速傅立叶变换(FFT)分析仪、扫频式频谱分析仪和实时频谱分析仪。1. 带通滤波器分析仪早期实现频谱分析仪的方法就是将待测信号同时引入一系列带宽相同,但中心频率以带宽为步进等差递增的带通滤波器,再分别通过各频率检波器检波,得到各频率点功率的大小,最后再通过显示屏显示出来。这种频谱分析仪称为带通滤波器频谱分析仪。图1所示为带通滤波器分析仪的原理方框图。按照此图进行工作的分析仪,称为带通滤波器频谱分析仪。带通滤波器频谱分析仪的最小频率分辨带宽是由带通滤波器的带宽决定的。假设带通滤波器的带宽是100kHz,那么带通滤波器频谱分析仪的频率精度只有100kHz。这是因为多条频率的功率谱线如果出现同一带通滤波器的100kHz频率范围内,那么带通滤波器的频谱分析仪的测试结果在此100kHz范围内,只显示一条功率谱线,带通滤波器将测出其频率范围内的能量,而不管多少频谱分量产生这一总能量。因此对紧密相邻的频谱分量,其最小频率分辨带宽受制于带通滤波器的宽带。图1 带通滤波器分析仪的原理方框图带通滤波器频谱分析仪的最大优点是能迅速跟踪信号频谱随时间的变化,但他的最大弱点是为了保证最小频率分辨率带宽,需要使用窄带滤波器,所需窄带滤波器的数量随着带通滤波器频谱分析仪的测量频率范围的增大及最小频率分辨率的减小而增加。由于这个原因,带通滤波器频谱分析仪主要用在可容纳分辨带宽非常宽的场合。2、FFT分析仪众所周知,快速傅氏变换(FFT)可用来确定时域信号的频域表示形式(频谱)。信号必须在时域中被数字化,然后执行FFT算法来求出频谱。图1-2所示,为FFT频谱分析仪的简化原理方框图。由图2可知,FFT频谱分析仪的工作原理是:首先RF输入信号通过一个可变衰减器,以提供不同的测量范围;然后,信号通过低通滤波器,滤去频谱分析仪频率范围之外的不希望的高频分量;通过取样器,对信号波形进行取样,再用取样电路和模数转换器的共同作用变为数字形式,利用FFT计算波形的频谱,并将结果在显示器上显示,从而测量出信号频谱。图2 FFT频谱分析仪的简化原理方框图FFT频谱分析仪能完成多通道滤波器式分析仪相同的功能,但无需使用许多带通滤波器。所不同的是FFT分析仪采用数字信号处理来完成多个滤波器相当的功能。FFT频谱分析仪的理论根据为均