《電子測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)》課件-第6章 頻譜分析儀

姓名

XXX學(xué)院第六章頻譜分析儀——XXX學(xué)校6.4使用注意事項(xiàng)6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)及工作原理6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選項(xiàng)6.6補(bǔ)充知識(shí)目錄

頻譜分析儀是用來(lái)分析電信號(hào)中所含頻率成份的專(zhuān)用儀器，用于信號(hào)失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號(hào)參數(shù)的測(cè)量，可用以測(cè)量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù)，是一種多用途的電子測(cè)量?jī)x器。6.1概述6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)6.1.1發(fā)展歷程

自從20世紀(jì)30年代末人類(lèi)發(fā)明了陰極射線(xiàn)管以來(lái)，便產(chǎn)生了以時(shí)間掃描方式顯示時(shí)域信號(hào)的模擬示波器，同時(shí)也為以?huà)哳l方式顯示信號(hào)的頻域特性提供了可能。

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，頻譜分析儀的發(fā)展經(jīng)歷了從早期的模擬式頻譜分析儀到數(shù)字式頻譜分析儀，直到現(xiàn)在的“模擬-數(shù)字”混合式頻譜分析儀三個(gè)主要階段：

第一代——模擬式頻譜分析儀

第二代——數(shù)字式頻譜分析儀

第三代——混合式頻譜分析儀6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)第一代——模擬式頻譜分析儀20世紀(jì)30年代末，出現(xiàn)了以?huà)哳l的射頻接收機(jī)為基礎(chǔ)的早期頻譜分析儀。20世紀(jì)50-60年代，出現(xiàn)了臺(tái)式頻譜分析儀。它是一種模擬式頻譜分析儀，即帶通濾波式頻譜分析儀。它帶有大量開(kāi)關(guān)和控制旋鈕，完全手動(dòng)控制掃速、頻率范圍、分辨率和衰減量，操作復(fù)雜。20世紀(jì)60年代，具有頻譜及幅度校準(zhǔn)功能以及前段可選的頻譜分析儀問(wèn)世，標(biāo)志著頻譜分析儀進(jìn)入了定量測(cè)試時(shí)代。20世紀(jì)70年代，頻譜分析儀在設(shè)計(jì)原理上沒(méi)有創(chuàng)新，依然延續(xù)之前的模擬技術(shù)，但頻段已擴(kuò)展到18GHz，并且出現(xiàn)了自動(dòng)頻譜分析儀。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)

美國(guó)惠普公司（HP）在1964年生產(chǎn)出半自動(dòng)頻譜分析儀HP

8551A

，之后HP公司一直在頻譜分析儀的研制中處于領(lǐng)先地位，直到20世紀(jì)80年代末；

另外，英國(guó)馬可尼公司（Marconi）和美國(guó)泰克公司（Tektronix）也生產(chǎn)高性能模擬分析儀，對(duì)頻譜分析儀的發(fā)展也做過(guò)積極貢獻(xiàn)。圖6-1HP

8551A

頻譜分析儀6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)第二代——數(shù)字式頻譜分析儀

20世紀(jì)80年代，隨著集成電路技術(shù)、快速A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)、頻率合成技術(shù)、數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)、尤其是微理器技術(shù)的飛速發(fā)展，頻譜分析儀的研制原理也出現(xiàn)突破，出現(xiàn)了數(shù)字式頻譜分析儀，技術(shù)指標(biāo)得到大幅提高。頻率范圍擴(kuò)展到100Hz—20GHz，分辨率帶寬達(dá)到10Hz。

20世紀(jì)90年代，頻譜分析儀向著小型、輕便、寬帶方向發(fā)展，出現(xiàn)了一系列高性能頻譜分析儀，頻率已達(dá)到40GHz。圖6-2AgilentN9000A-503頻譜分析儀6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)HP3562A頻譜分析儀6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)應(yīng)用實(shí)例：壓電復(fù)合環(huán)驅(qū)動(dòng)器控制通

道頻響曲線(xiàn)測(cè)試。第三代——混合式頻譜分析儀階段

21世紀(jì)初，頻譜分析儀的研制技術(shù)綜合了模擬式和數(shù)字式的優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出了“模擬-數(shù)字”混合式頻譜分析儀，具有模擬式頻譜分析儀與數(shù)字式頻譜分析儀的特點(diǎn)。

目前，頻譜分析儀的頻率測(cè)量范圍已經(jīng)達(dá)到30Hz—50GHz，外混頻可以擴(kuò)展到mm波波段，分辨率帶寬達(dá)到1Hz—3MHz，測(cè)量信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到100dB，顯示平均噪聲-110dBm。圖6-3R&SFSW頻譜分析儀6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)圖6-4頻譜儀發(fā)展歷程圖6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)6.1.2產(chǎn)品分類(lèi)1、按照結(jié)構(gòu)原理分類(lèi)(1)模擬式頻譜分析儀

第一代頻譜分析儀，主要以模擬電路技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻譜分析功能。(2)數(shù)字式頻譜分析儀

第二代頻譜分析儀，主要以數(shù)字濾波器或FFT(快速傅氏變換)為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻譜分析功能。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)(3)混合式頻譜分析儀

除了上述模擬式頻譜分析儀及數(shù)字式頻譜分析儀之外，現(xiàn)代一些高檔頻分析儀既能用來(lái)測(cè)量低頻信號(hào)，又能用來(lái)測(cè)量高頻信號(hào)，其結(jié)構(gòu)原理屬于以上兩種類(lèi)型的結(jié)合，具有實(shí)時(shí)信號(hào)分析能力，常稱(chēng)為“模擬

數(shù)字”混合式頻譜分析儀或?qū)崟r(shí)頻譜分析儀。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)2、按照實(shí)現(xiàn)方法分類(lèi)

按照頻譜分析儀的實(shí)現(xiàn)方法和頻譜測(cè)試的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，一般可分為四類(lèi)：(1)帶通濾波式頻譜分析儀(2)掃頻外差式頻譜分析儀(3)快速傅立葉變換分析儀（FFT頻譜分析儀）(4)實(shí)時(shí)頻譜分析儀6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)6.1.3產(chǎn)品功能

頻譜分析儀的主要功能是用來(lái)分析電信號(hào)中所含頻率成份的專(zhuān)用儀器。

隨著無(wú)線(xiàn)電和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，頻譜分析儀的技術(shù)性能和測(cè)試功能日益完善。目前一些新穎高檔的頻譜分析儀具有大頻率測(cè)量范圍，高的準(zhǔn)確度、靈敏度以及穩(wěn)定度，可用來(lái)測(cè)量信號(hào)的許多參數(shù)，如：功率測(cè)量、頻率測(cè)量、調(diào)制測(cè)量、失真測(cè)量、噪聲測(cè)量、EMC/EMI測(cè)量等。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)6.1.4應(yīng)用領(lǐng)域頻譜分析儀主要用于顯示各類(lèi)電信號(hào)的頻譜特性，因此對(duì)于信號(hào)分析而言是不可缺少的量測(cè)儀器。

頻譜分析儀是透過(guò)頻域?qū)π盘?hào)進(jìn)行分析、研究，并同時(shí)應(yīng)用于更多不同領(lǐng)域，例如：無(wú)線(xiàn)訊號(hào)收發(fā)器、信號(hào)干擾的檢測(cè)、頻譜監(jiān)測(cè)、以及元件特性分析等，是從事電子產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)的常用工具。

特別是對(duì)于無(wú)線(xiàn)通訊信號(hào)的測(cè)量，頻譜分析儀更是必不可少的測(cè)量工具，因此也有工程師將之稱(chēng)為射頻量測(cè)的萬(wàn)用表。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)

下面對(duì)帶通濾波式頻譜分析儀、掃頻外差式頻譜分析儀、FFT頻譜分析儀和實(shí)時(shí)頻譜析儀的基本硬件結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行說(shuō)明。6.2基本結(jié)構(gòu)及工作原理6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)6.2.1

帶通濾波式頻譜分析儀

帶通濾波式頻譜分析儀是一種最早出現(xiàn)的頻譜分析儀，又可稱(chēng)為順序?yàn)V波式頻譜分析儀器。其實(shí)現(xiàn)方法及硬件結(jié)構(gòu)對(duì)我們理解其他類(lèi)型的頻譜分析儀具有重要的參考價(jià)值。1、

基本硬件結(jié)構(gòu)

帶通濾波式頻譜分析儀主要由多個(gè)濾波器、檢波器及顯示器件構(gòu)成，各主要部件的基本功能說(shuō)明如下:(1)帶通濾波器：由多個(gè)中心頻率不同的帶通濾波器構(gòu)成，用來(lái)將被測(cè)信號(hào)中的各頻率點(diǎn)上的信號(hào)分離出來(lái)，以便對(duì)其進(jìn)行測(cè)量和顯示。(2)檢波器：對(duì)各帶通濾波器的輸出信號(hào)幅值進(jìn)行檢波，以便后續(xù)顯示。(3)顯示器：對(duì)檢波器的輸出幅值進(jìn)行圖形顯示。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)

圖6-5

帶通濾波式頻譜分析儀硬件原理框圖6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)2、基本工作原理

早期頻譜分析儀的實(shí)現(xiàn)方法就是將待測(cè)信號(hào)同時(shí)引入一系列帶寬相同，但中心頻率以帶寬為步進(jìn)等差遞增的帶通濾波器，再分別通過(guò)各頻率檢波器檢波，得到各頻率點(diǎn)功率的大小，最后再通過(guò)顯示屏顯示出來(lái)。3、優(yōu)缺點(diǎn)分析

最大優(yōu)點(diǎn)是：能迅速跟蹤信號(hào)頻譜隨時(shí)間的變化，具有良好的實(shí)時(shí)性，故帶通濾波式頻譜分析儀又屬于實(shí)時(shí)頻譜分析儀；

最大弱點(diǎn)是：為了保證最小頻率分辨率帶寬，需要使用窄帶濾波器，所需窄帶濾波器的數(shù)量隨著帶通濾波式頻譜分析儀的測(cè)量頻率范圍的增大及最小頻率分辨率的減小而增加。

鑒于此，帶通濾波式頻譜分析儀主要應(yīng)用在可容納分辨帶寬非常寬的場(chǎng)合。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)6.2.2掃頻外差式頻譜分析儀

掃頻濾波器頻譜分析儀又稱(chēng)為中頻濾波器頻譜分析儀，它將中頻濾波器的中心頻率固定，將待測(cè)信號(hào)通過(guò)與周期斜波發(fā)生器控制下的壓控振蕩器(VCO)的輸出頻率混頻（相減）到中頻濾波器頻率范圍內(nèi)，這樣的機(jī)理相當(dāng)于用一只帶通濾波器沿著頻率方向掃描一遍，記錄下各頻率點(diǎn)的功率譜線(xiàn)。

這樣就解決了寬帶頻譜測(cè)量帶通濾波式頻譜分析儀無(wú)法克服需要大量帶通濾波器的難題。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)1、基本硬件結(jié)構(gòu)

掃頻外差式頻譜分析儀主要由外差式接收機(jī)和示波器兩大部分組成，各主要部件的基本功能說(shuō)明如下：(1)混頻器：將本振信號(hào)的頻率與被測(cè)信號(hào)的頻率進(jìn)行差頻，使輸入高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成中頻信號(hào)；(2)中頻放大器：為頻率固定的帶通放大器，對(duì)混頻器輸出的信號(hào)進(jìn)行濾波和放大處理；(3)檢波器：對(duì)中頻放大器的輸出信號(hào)幅值進(jìn)行檢波；(4)掃頻振蕩器：掃頻振動(dòng)器是頻譜分析儀的內(nèi)部振蕩源，其輸出頻率受掃描信號(hào)發(fā)生器的電壓調(diào)制；6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)(5)掃描信號(hào)發(fā)生器：產(chǎn)生掃描信號(hào)（通常為鋸齒波信號(hào)），對(duì)掃頻振蕩器的輸出頻率進(jìn)行調(diào)制；(6)X放大器、Y放大器：用于對(duì)X、Y軸的輸入信號(hào)幅值進(jìn)行放大處理；(7)示波管：用于被測(cè)信號(hào)的頻譜曲線(xiàn)顯示。圖6-6掃頻外差式頻譜分析儀硬件原理框圖6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)2、基本工作原理

掃頻振蕩器是儀器內(nèi)部的振蕩源，相當(dāng)于接收機(jī)的本機(jī)振蕩器，但是它要受到鋸齒波掃描電壓的調(diào)制（調(diào)頻），當(dāng)掃頻振蕩器的頻率fL(t)在一定范圍內(nèi)掃動(dòng)時(shí)，輸入信號(hào)中的各個(gè)頻率分量fxn（比如fx1、fx2……）和掃頻信號(hào)在混頻器中產(chǎn)生的差頻信號(hào)fon=fxn—fL(t)依次落入中頻放大器的通頻帶內(nèi)（這個(gè)通頻帶是固定的），獲得中頻增益后，經(jīng)檢波加到Y(jié)放大器放大后再送至示波管的Y偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使亮點(diǎn)在屏幕上垂直方向的偏移正比于該頻率分量的幅值。3、優(yōu)、缺點(diǎn)分析

主要優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大。

主要弱點(diǎn)：不能進(jìn)行實(shí)時(shí)頻譜分析，是一種非實(shí)時(shí)頻譜分析儀。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)6.2.3FFT頻譜分析儀

快速傅氏變換（FFT）可用來(lái)確定時(shí)域信號(hào)的頻域表示形式（頻譜）。信號(hào)需要在時(shí)域中被數(shù)字化，然后才能執(zhí)行FFT算法，最終便得到信號(hào)的頻譜。1、基本硬件結(jié)構(gòu)FFT頻譜分析儀主要由衰減器、低通濾波器、采樣器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、FFT算法微處理器及顯示器等部分構(gòu)成，各主要部件的基本功能說(shuō)明如下(1)衰減器：對(duì)輸入的被測(cè)信號(hào)進(jìn)行衰減處理，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；(2)低通濾波器：對(duì)輸入的被測(cè)信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理；(3)采樣器：對(duì)被測(cè)信號(hào)的模擬量進(jìn)行采樣保持，以便后續(xù)模/數(shù)轉(zhuǎn)換；(4)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器：對(duì)模擬量進(jìn)行數(shù)字量轉(zhuǎn)換，便于微處理器處理；6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)(5)微處理器：對(duì)采集得到的被測(cè)信號(hào)的數(shù)字量進(jìn)行濾波等數(shù)據(jù)處理；(6)顯示器：對(duì)被測(cè)信號(hào)的頻譜曲線(xiàn)進(jìn)行顯示。圖6-7FFT頻譜分析儀硬件原理框圖6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)2、基本工作原理FFT頻譜分析儀的工作原理是：首先RF輸入信號(hào)通過(guò)一個(gè)可變衰減器，以提供不同的測(cè)量范圍；然后，信號(hào)通過(guò)低通濾波器，濾去頻譜分析儀頻率范圍之外的不希望的高頻分量；通過(guò)取樣器，對(duì)信號(hào)波形進(jìn)行取樣，再用取樣電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的共同作用變?yōu)閿?shù)字形式，利用FFT計(jì)算波形的頻譜，并將結(jié)果在顯示器上顯示，從而測(cè)量出信號(hào)頻譜。3、優(yōu)、缺點(diǎn)分析

主要優(yōu)點(diǎn)：硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，主要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)頻譜分析。

主要弱點(diǎn)：FFT頻譜分析儀不適合脈沖信號(hào)的分析，而且由于A/D轉(zhuǎn)換器速度的限制，F(xiàn)FT分析儀僅適合低頻信號(hào)的頻譜分析，而并不適合高頻及微波范圍的信號(hào)頻譜分析。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)6.2.4實(shí)時(shí)頻譜分析儀實(shí)時(shí)頻譜分析儀是隨著現(xiàn)代FPGA技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新式頻譜分析儀，與傳統(tǒng)頻譜分析儀相比，它的最大特點(diǎn)在于在信號(hào)處理過(guò)程中能夠完全利用所采集的時(shí)域采樣點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的頻譜測(cè)量及觸發(fā)。由于實(shí)時(shí)頻譜分析儀具備無(wú)縫處理能力，使得它在頻譜監(jiān)測(cè)，研發(fā)診斷以及雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用。1、基本硬件結(jié)構(gòu)圖6-8所示為實(shí)時(shí)頻譜分析儀的硬件原理框圖，主要由：本地振蕩器、衰減器、低通濾波器、RF下變頻器、IF濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、DSP信號(hào)處理器及顯示器等部分構(gòu)成。各部分的作用與前面章節(jié)的基本相同，這里不再贅述。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)圖6-8實(shí)時(shí)頻譜分析儀的硬件原理框圖6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)2、基本工作原理

實(shí)時(shí)頻譜分析儀可以在儀器的整個(gè)頻率范圍內(nèi)調(diào)諧射頻前端，它把輸入信號(hào)下變頻為固定的中頻IF，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，使用ADC進(jìn)行數(shù)字化，最后傳送到DSP數(shù)字信號(hào)處理器，DSP管理著儀器的觸發(fā)、內(nèi)存和分析功能。

實(shí)時(shí)頻譜分析儀為提供實(shí)時(shí)觸發(fā)、無(wú)縫信號(hào)捕獲和時(shí)間相關(guān)多域分析而進(jìn)行了優(yōu)化。實(shí)時(shí)頻譜分析儀一旦檢測(cè)、采集和存儲(chǔ)了某個(gè)射頻信號(hào)，便可以進(jìn)行頻域測(cè)量、時(shí)域測(cè)量和調(diào)制域測(cè)量。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)3、優(yōu)、缺點(diǎn)分析

主要優(yōu)點(diǎn)：實(shí)時(shí)頻譜分析儀能夠在實(shí)時(shí)分析帶寬之內(nèi)無(wú)縫地進(jìn)行FFT計(jì)算和頻譜觸發(fā)，因此十分有利于瞬態(tài)信號(hào)的捕獲和分析，在頻譜監(jiān)測(cè)、雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、跳頻電臺(tái)測(cè)試、振蕩器研發(fā)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

主要弱點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜、研制難度大、成本高。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)1、掃頻寬度定義：頻譜分析儀在一次測(cè)量分析過(guò)程中（即一個(gè)掃描正程）顯示的頻率范圍。掃頻寬度又稱(chēng)為分析譜寬。

為了觀測(cè)被測(cè)信號(hào)頻譜的全貌，需要較寬的掃頻寬度；為了分析頻譜圖中的細(xì)節(jié)，則需要窄帶掃描。因此，頻譜分析儀的掃頻寬度應(yīng)是可調(diào)的。

每厘米相對(duì)應(yīng)的掃頻寬度，稱(chēng)為頻寬因數(shù)。掃頻寬度很寬的頻譜分析儀稱(chēng)為全景頻譜分析儀，可以觀測(cè)到信號(hào)頻譜的全貌。每完成一次頻譜分析所需要的時(shí)間稱(chēng)為分析時(shí)間，即本機(jī)振蕩器頻率掃描完整個(gè)掃頻寬度所需要的時(shí)間，實(shí)際上就是掃描正程時(shí)間。

掃頻寬度與分析時(shí)問(wèn)之比稱(chēng)為掃頻速度。6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)2、頻率分辨率

頻率分辨率定義：頻譜分析儀能夠分辨的最小譜線(xiàn)間隔。它表征頻譜分析儀能把頻率相互靠近的信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)的能力。

頻率分辨率取決于窄帶濾波器的帶寬，通常分如下三種具體分辨率：(1)常規(guī)分辨率：幅頻特性的3dB帶寬為頻譜分析儀的頻率分辨率。(2)靜態(tài)分辨率：掃頻速度為零時(shí)，靜態(tài)幅頻特性曲線(xiàn)的3dB帶寬。

(3)動(dòng)態(tài)分辨率：在掃頻工作時(shí)，動(dòng)態(tài)幅頻特性曲線(xiàn)的3dB帶寬。

通常，掃頻外差式頻譜分析儀的頻率分辨率主要由其中頻濾波器帶寬決定，最小分辨率還受到本振頻率穩(wěn)定度的影響；

而FFT頻譜分析儀的頻率分辨率和采樣頻率及FFT計(jì)算的點(diǎn)數(shù)有關(guān)，頻率分辨率Δf、采樣頻率fs和分析點(diǎn)數(shù)N三者之的關(guān)系為：Δf=fs/N。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)3、靈敏度

頻譜分析儀靈敏度定義：顯示幅度為滿(mǎn)刻度時(shí)輸入信號(hào)的電平值。頻譜分析儀的靈敏度是指在最佳分辨帶寬測(cè)量時(shí)測(cè)量微小信號(hào)的能力。

通常，靈敏度與儀器內(nèi)部噪聲及掃頻速度有關(guān)。掃頻速度越快，動(dòng)態(tài)幅頻特性峰值越低，導(dǎo)致靈敏度下降，并產(chǎn)生幅值誤差。4、動(dòng)態(tài)范圍

動(dòng)態(tài)范圍定義：表征頻譜分析儀同時(shí)顯示大信號(hào)與小信號(hào)的真實(shí)頻譜能力，動(dòng)態(tài)范圍的上限由頻譜分析儀的非線(xiàn)性失真所決定。

頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍一般在60dB以上，有時(shí)甚至達(dá)90dB。

為了適應(yīng)不同測(cè)量的需要，頻譜分析儀的幅值顯示方式具有兩種選擇：線(xiàn)性顯示和對(duì)數(shù)顯示。對(duì)數(shù)顯示時(shí)要用到對(duì)數(shù)放大器，而線(xiàn)性顯示用線(xiàn)性放大器。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)1、技術(shù)培訓(xùn)注意事項(xiàng)

在用戶(hù)初次使用頻譜分析儀之前，必須由儀器廠家的技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)、操作指導(dǎo)，以系統(tǒng)了解儀器的主要功能、操作規(guī)范及使用注意事項(xiàng)，避免因不熟悉儀器相關(guān)情況而導(dǎo)致的設(shè)備損壞或測(cè)量不正確。2、使用前的注意事項(xiàng)(1)溫度：通常頻譜分析儀應(yīng)工作于常溫環(huán)境下，當(dāng)測(cè)試環(huán)境的溫度改變3-5度時(shí)，需對(duì)頻譜分析儀進(jìn)行重新校準(zhǔn)。(2)散熱：為了保證測(cè)試過(guò)程中的通風(fēng)散熱，通常要求頻譜分析儀與其他物體保持一定距離，特別是其后部，一般至少保持10cm以上。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)6.4使用注意事項(xiàng)6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)(3)電源：通常，不要將直流電源或其他帶電和磁性物體靠近頻譜分析儀，以免影響其靈敏度。(4)注意周?chē)h(huán)境：通常頻譜分析儀應(yīng)避免陽(yáng)光直射，且需遠(yuǎn)離震、水源和腐蝕性氣體等。

另外，有些型號(hào)還有特殊的維護(hù)及使用要求，用戶(hù)在使用之前都應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)了解，并在后續(xù)操作過(guò)程中加以注意。(5)遠(yuǎn)離靜電：通常頻譜分析儀對(duì)靜電非常敏感，應(yīng)采取嚴(yán)格的靜電防護(hù)措施（特別是對(duì)于儀器的輸入輸出端口）。

儀器操作一般要求：防靜電工作臺(tái)、座椅、穿防靜電服、佩戴防靜電手腕。(6)有效連接：要正確連接頻譜分析儀與外設(shè)，保證各類(lèi)接頭的有效連接，避免松動(dòng)或接觸不良，影響測(cè)量精度。(7)電源：電源對(duì)于頻譜分析儀來(lái)說(shuō)也非常重要的。在給頻譜分析儀加電之前，一定要確保電源接法正確，保證地線(xiàn)可靠接地。

頻譜分析儀配置的是三芯電源線(xiàn)，開(kāi)機(jī)之前，必須將電源插頭插入標(biāo)準(zhǔn)的三相插座中，不要使用沒(méi)有保護(hù)地的電源線(xiàn)，以防止可能造成的人身傷害。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)3、使用中的注意事項(xiàng)(1)操作：由于頻譜分析儀的操作復(fù)雜，且廠家不同、型號(hào)不同其

使用差異很大，用戶(hù)需要根據(jù)具體頻譜分析儀的使用說(shuō)明書(shū)來(lái)操作。(2)預(yù)熱：為了保證測(cè)試準(zhǔn)確度，在使用或校準(zhǔn)頻譜分析儀之前，必須將其預(yù)熱半小時(shí)以上，并在使用前對(duì)儀器狀態(tài)進(jìn)行檢查記錄，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和提供可追溯信息。(3)設(shè)置參數(shù)：在使用頻譜分析儀進(jìn)行頻譜測(cè)量的過(guò)程中，需要合理設(shè)置參數(shù)，按照操作規(guī)范來(lái)進(jìn)行測(cè)量。(4)電源：有些型號(hào)的頻譜分析儀在待機(jī)狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部部分電路并未斷電，長(zhǎng)時(shí)間不用或下班時(shí)，必須拔電源線(xiàn)或給電源插座斷電關(guān)機(jī)。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)(5)輸入電平：任何頻譜分析儀在輸人端口都有一個(gè)允許輸入的最大安全功率，稱(chēng)為最大輸入電平。

若輸入信號(hào)值超出了頻譜分析儀所允許的最大輸入電平值，則會(huì)損壞儀器，對(duì)于不允許直流輸入的頻譜分析儀，若輸入信號(hào)中含有直流成份，則也會(huì)對(duì)頻譜分析儀造成損傷，操作過(guò)程中需要加以注意。(6)搬運(yùn)：使用過(guò)程中，不可帶電插拔電源或搬運(yùn)頻譜分析儀。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)4、使用后的注意事項(xiàng)(1)操作：頻譜分析儀使用完畢后，按照正確的操作規(guī)程對(duì)其進(jìn)行關(guān)閉；(2)電源：頻譜分析儀關(guān)閉后，應(yīng)及時(shí)切斷其電源，并將設(shè)備上的各類(lèi)連接器按照正確的操作方法拆卸下來(lái)，并妥善放置。(3)外界環(huán)境：根據(jù)頻譜分析儀存放環(huán)境的溫、濕度狀況，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)。如：存放在南方潮濕的天氣時(shí)，需將頻譜分析儀放置于干燥柜中，以免受潮后再次上電出現(xiàn)短路、損壞儀器。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)6.5.1基本選型原則

選擇頻譜分析儀產(chǎn)品時(shí)，首先要按照被測(cè)信號(hào)的頻率范圍來(lái)選擇合適的頻譜分析儀型號(hào)；

在此基礎(chǔ)上，考慮頻率分辨率、靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍等技術(shù)參數(shù)要滿(mǎn)足測(cè)量要求；

最后，根據(jù)購(gòu)置資金預(yù)算、后續(xù)測(cè)量需求、廠家產(chǎn)品特點(diǎn)等進(jìn)行綜合考慮，從而選擇合適的產(chǎn)品型號(hào)。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)6.5典型產(chǎn)品選型6.5.2主要生產(chǎn)廠家目前，國(guó)內(nèi)外有眾多儀器生產(chǎn)廠家生產(chǎn)各種系列、不同性能的頻譜分析儀產(chǎn)品，滿(mǎn)足社會(huì)生活、生產(chǎn)、科研等方方面面的需要。在眾多頻譜分析儀生產(chǎn)廠家中，美國(guó)公司發(fā)展歷史悠久、技術(shù)實(shí)例雄厚，屬于第一陣營(yíng)；日本、韓國(guó)及歐洲等地區(qū)的公司也具有雄厚技術(shù)實(shí)力，屬于第二陣營(yíng)；而中國(guó)公司則發(fā)展較晚，起步于數(shù)字技術(shù)，技術(shù)實(shí)力較弱，屬于第三陣營(yíng)，目前正全力追趕。下面按照國(guó)外和國(guó)內(nèi)兩方面對(duì)世界主要頻譜分析儀廠家進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，以便后續(xù)產(chǎn)品選型之用。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)國(guó)外主要生產(chǎn)廠家：

目前頻譜分析儀國(guó)外主要生產(chǎn)廠家有美國(guó)是德公司、美國(guó)泰克公司、德國(guó)羅德與施瓦茨公司等，分別介紹如下。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)美國(guó)是德公司：美國(guó)是德公司是原美國(guó)安捷倫公司電子測(cè)量事業(yè)部，是安捷倫科技公司以免稅剝離其電子測(cè)量業(yè)務(wù)的方式而成立的一家新公司。是德科技專(zhuān)注于測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域，是全球電子測(cè)量技術(shù)和市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者，致力于推動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信、模塊化和軟件解決方案的持續(xù)創(chuàng)新，專(zhuān)注于為客戶(hù)提供卓越的測(cè)量體驗(yàn)。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)是德N9000BCXA邏輯分析儀美國(guó)泰克公司：美國(guó)泰克公司是一家全球領(lǐng)先的測(cè)試、測(cè)量和監(jiān)測(cè)解決方案提供商。泰克公司是世界上第一臺(tái)觸發(fā)式示波器的發(fā)明者。當(dāng)今泰克已成為全球主要的電子測(cè)試測(cè)量設(shè)備供應(yīng)商之一，其市場(chǎng)遍布全球。泰克公司的產(chǎn)品主要包括示波器、信號(hào)源、電源、邏輯分析儀、頻譜分析儀和誤碼率分析儀，以及各種視頻測(cè)試產(chǎn)品。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)泰克RSA5000B邏輯分析儀德國(guó)羅德與施瓦茨公司：羅德與施瓦茨公司是一家總部位于德國(guó)慕尼黑的技術(shù)公司，由LotharRohde博士及其大學(xué)好友HermannSchwarz博士共同創(chuàng)立，至今已超過(guò)85年。羅德與施瓦茨公司致力于為企業(yè)和政府機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售廣泛的電子產(chǎn)品，業(yè)務(wù)核心在于提供各類(lèi)解決方案以打造一個(gè)更加安全的互聯(lián)世界。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)R&SFSW系列邏輯分析儀國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)廠家：

目前頻譜分析儀國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)廠家有臺(tái)灣固緯電子、北京普源精電、深圳鼎陽(yáng)科技等，分別介紹如下。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)臺(tái)灣固緯電子：臺(tái)灣固緯電子以電源供應(yīng)器起家，以量測(cè)技術(shù)為核心，專(zhuān)注精密電子量測(cè)儀器研發(fā)，并開(kāi)創(chuàng)國(guó)人自制電子測(cè)試儀器的先河，開(kāi)發(fā)出國(guó)內(nèi)第一臺(tái)液晶數(shù)位式示波器，也是臺(tái)灣唯一有能力產(chǎn)制數(shù)位示波器及頻譜分析儀的廠商。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)固緯GSP-9330邏輯分析儀北京普源精電：RIGOL所設(shè)計(jì)研發(fā)的產(chǎn)品深受客戶(hù)支持與喜愛(ài)，且已成為全球電子測(cè)試測(cè)量行業(yè)的優(yōu)秀品牌之一，其主要產(chǎn)品包括：數(shù)字示波器、函數(shù)/任意波形發(fā)生器、數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)據(jù)采集/開(kāi)關(guān)系統(tǒng)、可編程線(xiàn)性直流電源、頻譜分析儀、可編程直流電子負(fù)載、可編程直流電源、射頻信號(hào)源。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)普源精電DSA800系列邏輯分析儀深圳鼎陽(yáng)科技：深圳市鼎陽(yáng)科技股份有限公司是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、服務(wù)于一體的專(zhuān)業(yè)數(shù)字示波器等測(cè)試測(cè)量?jī)x器生產(chǎn)廠家。鼎陽(yáng)產(chǎn)品包括：數(shù)字示波器、手持示波表、函數(shù)/任意波形發(fā)生器、臺(tái)式萬(wàn)用表、可編程直流電源、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀、射頻信號(hào)源、電子負(fù)載等通用測(cè)試測(cè)量?jī)x器產(chǎn)品。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)SVA1000X系列頻譜分析儀6.5.3典型產(chǎn)品介紹1、安捷倫N9000A-503

安捷倫N9000A-503是一款用于基本信號(hào)分析的通用經(jīng)濟(jì)型頻譜分析儀，有9kHz–3GHz或7.5GHz兩種選擇。它具有豐富的頻譜測(cè)試功能和信號(hào)分析能力，測(cè)試速度快、靈活性高、擴(kuò)展性強(qiáng)，能從多方面幫助用戶(hù)加快產(chǎn)品的測(cè)試與開(kāi)發(fā)，降低成本、提高吞吐量和增強(qiáng)設(shè)計(jì)功能等。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)2、羅德施瓦茨R&SFSW

羅德施瓦茨R&SFSW是一款高性能頻譜分析儀，其頻率范圍可達(dá)43.5GHz，非常適合微波信號(hào)的量測(cè)分析。

另外搭配R&S諧波混頻器，其頻率范圍即可達(dá)到110GHz，為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、雷達(dá)及衛(wèi)星應(yīng)用開(kāi)發(fā)者提供有效的測(cè)試手段。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)3、DSA800系列頻譜分析儀RIGOLDSA800系列頻譜分析儀是國(guó)產(chǎn)頻譜分析儀，具有豐富的接口，如LAN、USBHost、USBDevice和GPIB（選配）；另外還具有8英寸WVGA(800x480)顯示屏，操作面板直觀、界面緊湊輕便。6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)截止頻率f與采樣頻率fs以及fmax的關(guān)系如下：6.5.1均勻抽樣定理均勻抽樣定理：一個(gè)在頻譜中不含有大于頻率fmax分量的有限頻帶的信號(hào)，由對(duì)該信號(hào)以不大于1/2fmax的時(shí)間間隔進(jìn)行的抽樣值唯一的確定。當(dāng)這樣的抽樣信號(hào)通過(guò)截止頻率f的理想低通濾波器后，可以將原信號(hào)完全重建。

當(dāng)FFT頻譜分析儀的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的實(shí)際采樣頻率fs應(yīng)滿(mǎn)足：6.4使用注意事項(xiàng)6.3主要技術(shù)指標(biāo)6.5典型產(chǎn)品選型6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與工作原理6.6補(bǔ)充知識(shí)6.5補(bǔ)充知識(shí)6.5.