扫频式频谱分析仪工作原理 - 现代频谱分析仪完成信号频域测量技术分析

扫频式频谱分析仪工作原理

频谱仪就是采用扫频式原理来完成信号的频域测试。

频谱分析仪的功能是要分辨输入信号中各个频率成份并测量各频率成份的频率和功率。为完成以上功能，在扫描-调谐频谱分析中采用超外差方式，它能提供宽的频率覆盖范围，同时允许在中频（IF）进行信号处理。图3是超外差式扫频频谱分析仪的结构框图。

输入信号进入频谱仪后与本振（LO）混频，当混频产物等于中频（IF）时，这个信号送到检波器，检波器输出视频信号通过放大、采样、数字化后决定CRT显示信号的垂直电平。扫描振荡器控制CRT显示的水平频率轴和本地振荡器调谐同步，它同时驱动水平CRT偏转和调谐LO。

频谱分析仪依靠中频滤波器分辨各频率成份，检波器测量信号功率，依靠本振和显示横坐标的对应关系得到信号频率值。

这种扫描- 调谐分析仪的工作原理正象你家中的调幅（AM）接收机，只是调幅接收机的本振不是扫描的，而是用刻度旋钮人工进行调谐；另外不是用显示器显示信息而是用扬声器。

图3  扫频超外差式频谱分析仪的简化框图

基于扫描式工作原理，当输入信号为单点频信号时，该信号需和扫描本振信号进行混频，这样中频信号也为频率变化的扫频信号，该扫频信号通过中频滤波器和检波器后输出波形为中频滤波器频响形状。

图4 扫频式频谱分析仪的测量过程

输入衰减器

输入衰减器是信号在频谱仪中的第一级处理，频谱分析仪输入衰减器功能包含以下方面：

1. 保证频谱仪在宽频范围内保持良好匹配特性；

2 .保护混频及其它中频处理电路。防止部件损坏和产生过大非线性失真。

一般频谱分析仪衰减器衰减范围为：0~65dB; 可按照5dB步进变化。当改变输入衰减器设置时，信号电平会受到影响。如衰减值由10dB变为20dB，信号幅度人为被减小10dB，相应检波输出也会降低，为补偿该变化，频谱仪内部会利用放大器补偿衰减影响。所以当在改变衰减器设置时，输入信号在频谱仪上的显示并不发生变化。

仪表自动设置衰减器件的原则是保证：

　输入信号电平－衰减器设置《=混频器工作电平

　　可以注意一下仪表的这几个参数值是否满足上式的关系。

　　所以，当改变仪表输入衰减器设置时，其内部衰减器和中频放大器会发生变化。中频放大器决定信号在屏幕上的显示位置。

　　频谱仪工作时，其中频放大器增益和衰减器设值连动工作，当改变输入衰减器设置时，输入信号显示电平并不会发生变化。