剖析频谱分析仪内部结构 - 频谱分析基本原理：快速完成高效率测量

　　剖析频谱分析仪内部结构

　　为了瞭解频谱分析仪的运作塬理，我们需剖析其内部硬体结构。图一显示传统的扫描调谐分析仪的主要组成元件。本文稍后我们将看到，现代讯号分析仪已将其中的类比硬体元件，全面更换为数位电路，特别是中频与基频部分。虽然如此，检视下面的方块图，有助于快速瞭解分析仪的基本运作塬理。

　　

图一 传统扫描频谱分析仪方块图

　　上图显示的分析仪使用一个3埠混频器，可将输入讯号从某一个频率转移到另一个频率。混频器会将输入讯号送至其中一个埠，然后将本地震盪器（LO）输出讯号送至另一个埠。由于混频器是非线性元件，因此在输出端出现的频率，并不会在输入端出现。这些频率是塬始输入讯号，以及两个频率相加与相减的讯号。这种差频讯号又称为IF讯号。

　　此外，上图显示的IF滤波器是带通滤波器，可作为侦测讯号的「视窗」。使用者可直接在分析仪面板上变更分析频宽（RBW）。此分析仪提供多种可变的RBW设定，因此使用者可在不同的扫描与讯号状况下获得最佳量测结果，并且获致出色的频率选择性（selectivity）、讯号杂讯比（SNR），以及量测速度。一般而言，将RBW调窄，有助于提昇选择性与SNR特性，因而可观察到更细微的频率分布，但扫描速度与轨迹更新率会因而下滑。最佳的RBW设定与讯号特性息息相关。

　　检波器可将分析仪的IF讯号转换为基频或视讯讯号，以便进一步将其转为可在LCD萤幕上检视的数位讯号。藉由搭配使用波封检波器（envelope detector）与类比数位转换器（ADC），使用者可将视讯输出讯号转成数位讯号，并且在分析仪显示器的Y轴上呈现讯号大小。

　　使用者可选择多种不同的检波器模式，以便清晰显示量测讯号。在分析正弦波时，工程师通常使用正侦测模式（positive detection mode），在一段时间的曲线显示点上呈现最大讯号，这种模式又称为分段显示（display bucket）或是bin。此外，负侦测模式（negative detection mode）可显示最小讯号；而取样侦测模式（sample detection mode）则可显示每一个bin之时间间隔中点的讯号大小。

　　如需同时显示讯号与杂讯的话，正常（Rosenfell）模式是最理想的侦测模式，因为这个「智慧型」侦测模式会随着输入讯号的不同而动态地改变侦测方式。如果讯号在分段持续过程中上升又下降，则可假设此讯号为杂讯，因而轮流使用正、负侦测模式。如果过程中讯号一直上升，则推断其为正常讯号，并使用正峰值侦测模式。

　　使用者可用平均侦测与视讯滤波等方式，将波封侦测振幅（envelope-detected amplitude）的变异进行平滑处理。平均侦测使用在bin时间间隔中收集到的所有资料来进行平滑处理。这项功能可有效地量测数位调变讯号中的杂讯或类杂讯讯号。工程师通常使用真均方根（RMS）检波器来执行功率平均侦测，例如量测复杂讯号的功率。

　　视讯滤波器是位在波封检波器之后，类比数位转换器之前的低通滤波器。这项元件可确认视讯放大器的频宽，并可用来将萤幕显示的曲线平均化或平滑化。藉由改变视讯频宽（VBW）设定，您可降低频谱分析仪杂讯的峰值对峰值（peak-to-peak）变异，因此可以轻易发现被杂讯掩盖掉的讯号。

　　您还可使用视讯平均与曲线平均功能，将波封侦测振幅的变异平滑化。利用视讯平均处理功能将视讯滤波器的截止频率降低，那么视讯系统便不会再随着通过IF频率之波封讯号，产生快速的变异。分析仪能够产生的平滑度，由VBW对RBW的比值决定。当比率为0.01以下，可提供更佳的平滑效果。

　　曲线平均功能可逐点平均两个或多个频率扫描，并将每个显示点上的新值，与已经平均过的资料再重新进行平均处理，最后显示的曲线会逐渐与多个扫描之平均曲线融合。曲线平均处理不会影响扫描时间。