電子儀器與測量 第8章 頻域測量

第八章頻域測量本章要點：·掃頻儀(頻率特性分析儀)的原理與應(yīng)用·微波網(wǎng)絡(luò)特性和網(wǎng)絡(luò)分析儀的工作原理·頻譜儀(頻譜分析儀)的用途、原理與分類·掃頻外差式頻譜儀的原理、特性和應(yīng)用※實時頻譜分析儀（RTSA）本課主要介紹·掃頻儀(頻率特性分析儀)的原理與應(yīng)用·微波網(wǎng)絡(luò)特性和網(wǎng)絡(luò)分析儀的工作原理線性系統(tǒng)頻率特性·頻譜儀(頻譜分析儀)的用途、原理與分類·掃頻外差式頻譜儀的原理、特性和應(yīng)用信號的頻譜分析

在微波（300MHz～300GHz）主要用網(wǎng)絡(luò)分析儀，本課不講。但這種劃分不是絕對的，實際上有些掃頻儀可能工作到更高的頻率，而有些網(wǎng)絡(luò)分析儀可能工作到更低的工作頻率。應(yīng)當指出，這里講的“網(wǎng)絡(luò)”是指由器件、元件組成的電子網(wǎng)絡(luò)。當年提出“網(wǎng)絡(luò)分析儀”這一名字時，還沒有計算機網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的概念。8.1線性系統(tǒng)幅頻特性的測量正弦穩(wěn)態(tài)下的系統(tǒng)函數(shù)或傳輸函數(shù)就反映了該系統(tǒng)激勵與響應(yīng)的關(guān)系式中，也可寫成，就是下面要測量的幅頻特性。是相頻特性本節(jié)不討論。8.1.1靜態(tài)頻率特性測量----點頻法點頻法就是“逐點”測量幅頻特性的方法，注意明確被測電路和選用相應(yīng)儀器。f0K(f)f特點：所測出的幅頻特性是我們需要的電路系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)情況下的靜態(tài)特性曲線。但由于要逐點測量，操作繁瑣費時，并且由于頻率離散而不連續(xù)，可能遺漏掉某些特性突變點。這種方法一般只用于實驗室測試研究；若用于生產(chǎn)線則效率太低了。如果能夠在測試過程中，使信號源輸出信號頻率能自動地從低到高連續(xù)變化并且周期性重復(fù)，利用檢波器將輸出包絡(luò)檢出送到示波器上顯示，就可自動地描繪出幅頻特性曲線。8.1.2動態(tài)頻率特性測量———掃頻法1.掃頻法的工作原理掃頻法可以實現(xiàn)頻率特性的自動測繪，而且不會像點頻法那樣遺漏掉某些細節(jié)的問題。更值得注意的是，掃頻法是在一定掃描速度下獲得被測電路的動態(tài)頻率特性，這比較符合被測電路的實際應(yīng)用情況。掃頻儀=掃源+示波器2.動態(tài)頻率特性隨著掃描速度的提高，頻率特性將掃頻方向偏移，如圖8.3所示。圖中Ⅰ為靜態(tài)特性，Ⅱ、Ⅲ為依次提高掃速時的動態(tài)特性曲線?？梢钥闯鰟討B(tài)頻率特性有以下特點：(1)頂部最大值下降；(2)特性曲線被展寬；(3)掃速愈高，偏移愈嚴重。圖8.3動態(tài)特性曲線其原因是由于通常與頻率特性有關(guān)的電路，實際上是由動態(tài)元件L、C等元件組成的(如調(diào)諧電路)，信號在其上建立或消失都需要一定的時間，掃頻速度太快時，信號在其上來不及建立或消失，故諧振曲線出現(xiàn)滯后且展寬，出現(xiàn)了“失敏”或“鈍化”現(xiàn)象。3.掃頻信號源掃頻信號的產(chǎn)生方法①磁調(diào)電感：通過改變低頻磁心的導(dǎo)磁系數(shù)改變振蕩回路中高頻線圈的電感量，適用于幾十到幾百MHz的頻段。②變?nèi)荻O管電調(diào)掃頻：變?nèi)荻O管是PN結(jié)電容隨外加偏置電壓高低變化，PN結(jié)電容Cd與反向偏置電壓U成反比。④合成掃頻源：通過軟件使掃頻源按照一定的頻率間隔和停留時間，將輸出頻率依次鎖定在一定范圍內(nèi)的一系列頻點上，達到掃頻效果。常用于微波頻段，覆蓋高達10倍頻程、掃頻線性好③YIG電調(diào)掃頻：YIG是一種單晶鐵氧體材料釔鐵石榴石的簡稱，具有鐵磁諧振特性將YIG做成小球，置于直流磁場H0內(nèi)，產(chǎn)生鐵磁諧振，諧振頻率?（單位MHz）為

?=0.0112H02)掃頻信號的技術(shù)特性①有效掃頻寬度：即掃頻源輸出的掃頻線性和振幅平穩(wěn)性均符合要求的最大頻率覆蓋范圍，Δ?<<?0時，稱為窄帶掃頻；Δ?≥?0時，稱為寬帶掃頻②掃頻線性：表示掃頻振蕩器的壓控振蕩器的壓控特性曲線的非線性（或線性）程度，可以用線性系數(shù)表征③振蕩平穩(wěn)性：通常用掃頻信號的寄生調(diào)幅表示。調(diào)幅系數(shù)為A2?1?2A18.1.3掃頻儀舉例——BT-3型頻率特性測試儀BT-3型掃頻儀主要用來測試寬帶放大器、雷達接收機的中頻放大器、電視接收機的視頻率特性及鑒頻器特性，是一種較為典型的頻率特性測試儀，其框圖如圖8.4所示。1.BT-3掃頻儀的主要技術(shù)性能：(1)中心頻率：在1MHz～300MHz內(nèi)可任意調(diào)節(jié)，分1MHz～75MHz、75MHz～150MHz、150MHz～300MHz三個波段；(2)掃頻頻偏：最大頻偏±7.5MHz；(3)掃頻信號輸出：輸出電壓≥0.1V（有效值），輸出阻抗75Ω；(4)寄生調(diào)幅系數(shù)：最大頻偏時<±7.5%；(5)調(diào)頻非線系數(shù)：最大頻偏時<20%；(6)頻標信號：1MHz、10MHz和外接頻標三種。BT3C-A型頻率特性測試儀掃頻信號輸出端檢波探頭2.中心頻率和掃頻范圍本掃頻儀工作時是以某中心頻率為中心進行掃頻的?，F(xiàn)以第Ⅱ波段為例說其工作情況，中心頻率是人工手調(diào)振蕩回路中的可變電容C，例如圖中調(diào)到100MHz。掃頻是掃描電流IM作用于調(diào)制線圈LC使振蕩頻率在100MHz中心頻率的基礎(chǔ)上產(chǎn)生±7.5MHz的頻偏，即掃頻范圍最大只有15MHz。100MHz75MHz150MHzfoΔfLCIMIMC92.5MHz107.5MHz3.頻標產(chǎn)生的原理圖8.4框圖右側(cè)給出了頻標產(chǎn)生電路的組成，現(xiàn)以1MHz頻標為例進行說明。圖8.6頻標的形成過程100.02MHz99.98MHz1MHz振蕩信號的100次諧波100MHz圖8.7加有頻標的波形(b)(a)4.掃描信號與回掃處理本儀器為簡化設(shè)計，節(jié)約成本，是利用50Hz市電降壓后用來做掃描信號的。本儀器是采用在回掃期間令振蕩停振的辦法（原理框圖中的“截止脈沖形成電路”即是加掃頻振蕩器的停振信號）8.1.4掃頻儀舉例2-----SA1030數(shù)字式頻率特性測試儀石家莊市無線電四廠研制的產(chǎn)品1.SA1030全數(shù)字頻率特性測試儀主要技術(shù)指標頻率范圍：20Hz~30MHz（幅頻），5kHz~30MHz（相頻）掃頻方式：線性掃描、對數(shù)掃描、點頻掃頻輸出平坦度：小于±0.5dB掃頻非線性：小于10%帶寬：250Hz~30MHz2.組成原理掃頻信號源：合成掃頻源是通過軟件使掃頻源按照一定的頻率間隔和停留時間，將輸出頻率依次步進鎖定在一定范圍內(nèi)的一系列頻點上，達到掃頻效果檢測單元：幅度檢測載波信號經(jīng)二極管峰值檢波轉(zhuǎn)換成電壓信號；相位檢測采用乘法型，能實現(xiàn)精確的相位平衡顯示單元：TFT彩色液晶屏顯示，顯示分辨率：250×200點。應(yīng)用舉例用該儀器測試一個比較典型雙T型四端型RC選頻網(wǎng)絡(luò)頻率特性的實例。網(wǎng)絡(luò)帶阻濾波器，在處的增益，且相位移為0。介紹幾種典型掃頻儀的技術(shù)參數(shù)供參考(見表8.1)。表8.1幾種典型掃頻儀的技術(shù)參數(shù)公司型號頻率范圍掃頻范圍不平坦度石家莊無線電四廠（數(shù)英電子）SA105~1300全數(shù)字式頻率特性測試儀20Hz~5、30、50、100、140、300MHz20Hz~300MH內(nèi)幅頻、相頻特性全程掃，相位范圍±180o±0.5dB徐州隆宇LY12611～1000MHz2～600MHz±0.25dB徐州隆宇BT3-3S1～300MHz1～100MHz±0.5dB徐州隆宇LY1230B20Hz～2MHz寬掃：全景、窄掃：0.01?max≤5%南京涌新1～1000MHz5～600MHz1dB上海群尚BT-3SE天水慶華1～1000MHz全景、寬掃、窄掃、點掃±0.5dB※

8.2微波網(wǎng)絡(luò)分析儀（簡介）微波網(wǎng)絡(luò)，是對實際的物理實體所進行的數(shù)學(xué)抽象。雖然不能研究元件內(nèi)部各點的場強，但微波元件的作用是通過它對微波信號的傳輸特性來表征的，而這一傳輸特性可用網(wǎng)絡(luò)來表示（見圖）。因此，當網(wǎng)絡(luò)輸入端的電壓、電流及輸出端的電壓、電流之間的相互關(guān)系已知時，微波元件的特性也就完全確定了。雙端口網(wǎng)絡(luò)外部特性參數(shù)有多種，應(yīng)用最多的是散射參數(shù)S。微波網(wǎng)絡(luò)分析儀主要用來測試網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)。分為：標量網(wǎng)絡(luò)分析儀：只對S參數(shù)的幅值進行測量。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀：具有定量測試矢量（幅值、相位）的能力。8.3頻譜分析儀的概述8.3.1信號的時域與頻域分析信號的時域和頻域特性在數(shù)學(xué)上可表示為一對傅里葉變換關(guān)系：圖8.25時域與頻域觀測之間的關(guān)系（8.11）（8.12）示波器和頻譜儀是從不同角度觀測同一個電信號，各有不同的特點。示波器從時域上容易區(qū)分電信號的相位關(guān)系，如圖8.26中(a)是基波與二次諧波起始峰值對齊的合成波形（線性相加）；(b)是基波與二次諧波起始相位相同合成的波形，兩者合成波形相差很大，在示波器上可以明顯地看出來。而在頻譜儀上仍是兩個頻率分量，看不出差異。但是，如果合成電路（如放大器）有非線性失真，即基波和二次諧波信號不能線性相加，兩者則有交互作用，像混頻器一樣會產(chǎn)生新的頻率分量，這在示波器上難以覺察到，而在頻譜儀上則會明顯看到由于非線性失真帶來的新的頻譜分量?？梢?，示波器和頻譜儀有各自的特點，并起到互為補充的作用。圖8.26不同相位合成的波形(a)(b)8.3.2頻譜儀的主要用途現(xiàn)代頻譜儀有著極寬的測量范圍，觀測信號頻率可高達幾十GHz，幅度跨度超過140dB。故使頻譜儀有著相當廣泛的應(yīng)用場合，以至被稱為射頻萬用表，成為一種基本的測量工具。目前，頻譜儀的主要應(yīng)用于如下一些方面：1.正弦信號的頻譜純度2.調(diào)制信號的頻譜3.非正弦波（如脈沖信號、音頻、視頻信號）的頻譜4.通信系統(tǒng)的發(fā)射機質(zhì)量5.激勵源響應(yīng)的測量6.放大器的性能測試7.噪聲頻譜的分析8.電磁干擾的測量音頻信號與頻譜示教8.3.3頻譜儀的分類頻譜儀從工作原理上可分為模擬式與數(shù)字式兩大類。模擬式頻譜儀是以模擬濾波器為基礎(chǔ)的；數(shù)字式頻譜儀是以數(shù)字濾波器或快速傅里葉變換為基礎(chǔ)的。分類如下：模擬式

實時----并行濾波法順序濾波法非實時可調(diào)濾波法掃頻外差法數(shù)字式數(shù)字濾波法快速傅里葉變換（FFT）計算法

8.3.4頻譜儀的工作原理1.模擬式頻譜儀思路：我們一起來設(shè)計頻譜儀f0f0+Fff0+Ffff移動濾波器濾波器不動上面移動頻譜方案一：并聯(lián)濾波法方案二：移動濾波法方案三：掃頻外差法逆向思維設(shè)計思想成功的典范：改變?yōu)V波器來找頻譜是以百變對應(yīng)萬變，難度自然大，而掃頻外差法是將頻譜逐個移進不變的濾波器是以不變對應(yīng)萬變。電路：

圖8.27并行濾波頻譜儀方案圖8.28順序濾波頻譜儀方案圖8.29可調(diào)濾波頻譜儀方案圖8.30外差法頻譜儀方案2.數(shù)字式頻譜儀

①數(shù)字濾波法：是仿照模擬頻譜儀，用數(shù)字濾波器代替模擬濾波器，如圖8.31所示。圖中，數(shù)字濾波器的中心頻率可由控制/時基電路使之順序改變。所謂數(shù)字濾波，其主要功能是對數(shù)字信號進行過濾處理。由于輸入/輸出都是數(shù)字序列，所以數(shù)字濾波器突實際上是一個序列運算加工過程。與模擬濾波器相比它具有濾波特性好、可靠性高、體積小、重量輕、便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。但是，目前數(shù)字系統(tǒng)速度還不夠高，故在使用上還有局限性。圖8.31數(shù)字濾波式頻譜儀方案②快速傅里葉（FFT）分析法：是一種軟件計算法?，F(xiàn)已有專門的FFT(快速傅里葉)計算器，將它與數(shù)據(jù)采集和顯示電路相配合，則可組成頻譜儀，如圖8.32所示。通常采用DSP（DigitalSignalProcessor）數(shù)字信號處理器來完成FFT的頻譜分析功能。在速度上明顯超過傳統(tǒng)的模擬式掃描頻譜儀，能夠進行實時分析。應(yīng)當指出，通常應(yīng)用的大多是外差式模擬頻譜儀。較好的現(xiàn)代頻譜儀則采用模擬與數(shù)字混合的方案。純數(shù)字式FFT頻譜儀目前主要用于低頻段，但隨著數(shù)字技術(shù)的進步，數(shù)字式頻譜儀有著很好的發(fā)展前景。圖8.32快速傅里葉變換式頻譜儀方案8.4超外差式頻譜分析儀基礎(chǔ)知識：超外差接收機（收音機、電視機、通信、雷達等接收機）本地振蕩器何謂？外差：早期電臺同發(fā)fs、fL超外差：fL移入接收機本振：fL成了本地振蕩器fs混頻器中頻放大器檢波器放大器高頻調(diào)諧電路fL決定選擇性8.4.1工作原理現(xiàn)以一個具體的例子來說明掃頻外差頻譜儀的工作原理。699tf0-Ff0700f0+F701f0F圖8.33調(diào)幅波及其頻譜圖③②①混頻器窄帶濾波器檢波器放大器對數(shù)掃頻本振鋸齒電壓波①②③①②①②③①②③①②③±15HzfI=60KHz③頻譜儀=超外差接收機+示波器外差式頻譜儀的原理可以簡述為：掃頻的本振與信號混頻后，使信號的各頻譜分量依次地移入窄帶濾波器，檢波放大后與掃描時基線同步顯示出來。其要點是移頻濾波。8.4.2實例1：BP-1型頻譜儀是國產(chǎn)的早期產(chǎn)品，性能指標不高，用它講解原理比較簡明易懂。變頻器M0(+)2.3~5.3MHz100Hz～3MHz3MHz～6MHz3MHZ～30MHz被測信號100Hz～30MHz(設(shè)fs=10MHz1KHz標準調(diào)幅波)fs10MHz第一混頻M1(–)第二混頻M2(–)第三混頻M3(–)窄帶濾波器檢波對數(shù)放大垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)第一本振第二本振第三本振掃描發(fā)生器水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)3～6MHz5MHz700kHz60kHz60kHzWyABCD15MHz4.3MHz6,30,150Hz760±15kHzWx0.2~0.3S圖8.35BP-1頻譜儀原理框圖K2K11122從圖中可以看到以下特點：1.多級變頻從框圖可以看出頻譜儀主要電路是一臺超外差接收機。為了提高分辨頻譜能力，則要提高接收機的選擇性，而決定選擇性的通頻帶：（8.13）諧振回路的Q值提高較困難，故欲使減小，主要措施是降低信號頻率，因此要通過多次變頻將被測信號的頻譜搬移到較低的中頻上，這樣窄帶濾波器才容易實現(xiàn)?，F(xiàn)以被測信號為10MHz的標準調(diào)幅波來說明其工作過程。第三本振是掃頻的，它將三根譜線依次地移入窄帶濾波器（即第三中頻放大器），它的帶寬有6、30、150Hz三檔可選。ttttuAuBuCuD000000004.31kHz1kHz1kHz1kHz10MHz5MHz700kHz60kHzffff(MHz)(MHz)(KHz)(KHz)15105760z|A||A||A||A|圖8.36BP-1各點波形圖2.多級放大在多級變頻的同時，實際上信號也是經(jīng)各級中頻放大的，其主要目的是要提高頻譜儀的靈敏度，以便能測量微弱信號的頻譜。BP-1的靈敏度是：1mV～20mV。3.對數(shù)放大檢波后的視頻放大器通常串入對數(shù)放大器，其目的是防止被測信號較強時使放大器飽和，提高抗過載能力，使頻譜儀輸入信號具有較大的動態(tài)范圍，可以同時顯示大小信號的頻譜。4.磁偏轉(zhuǎn)光柵顯示BP-1型頻譜儀沒有采用靜電偏轉(zhuǎn)式示波管，而是采用黑白電視機中的磁偏轉(zhuǎn)光柵顯示9寸顯像管，以獲得較大顯示屏幕。UiUo飽和（過載）應(yīng)當指出，BP-1型頻譜儀是早期的產(chǎn)品，為了易于掃頻和獲得較高的分辨率，設(shè)計在第三本振進行掃頻，通常稱為“掃中式”。若在第一本振進行掃頻，可以在更寬的頻率范圍內(nèi)看到更多的信號頻譜，通常稱為“全景式”。早期全景式頻譜儀(例如BP-12型頻譜儀)為了看全景頻譜分布，而看不清楚各頻譜內(nèi)的譜線結(jié)構(gòu)。但是現(xiàn)代頻譜儀，由于電子技術(shù)的進步，大多采用“全景式”方案，而分辨率可以做得很高。以上通過BP-1型頻譜儀介紹了頻譜儀的組成原理，它和現(xiàn)代頻譜儀相比在組成原理上類似，只不過現(xiàn)代頻譜儀在具體電路技術(shù)上更先進一些。例如，本振電路都采用了鎖相技術(shù)或頻率合成技術(shù)，大大提高了本振頻率穩(wěn)度指標，同時中頻濾波器的通帶也可以做得很窄，使頻譜儀的性能大為改善。

8.4.3實例2：AV4032系列頻譜儀它是一臺由微處理器控制的外差式頻譜儀。從電路原理上講它是一種采用了三次變頻技術(shù)的超外差接收機，頻率范圍9kHz～26.5GHz，本振采用了跟蹤鎖頻技術(shù)。諧波混頻基波混頻預(yù)選器圖8.37頻譜儀原理框圖9kHz~2.95GHz2.7~26.5GHz3.9214GHzf1LO=3~6.8GHzf2LO=N×f1LO21.4MHz321.4MHz321.4MHz下面對框圖中幾個主要電路進行說明。1.輸入衰減器這是一個0～70dB，以10dB步進的程控衰減器。主要用途是擴大頻譜儀的幅度測量范圍，使幅度測量上限擴展到+30dBm。它不但用于防止第一變頻器過載，而且用于優(yōu)化混頻器電平以實現(xiàn)最大的測量動態(tài)范圍。該衰減器的默認狀態(tài)設(shè)置是10dB，用于改善頻譜儀和被測源之間的匹配。2.低通濾波器---為抑制鏡頻干擾

f'sfLfIffsfI鏡頻干擾混頻中放本振fLfIfs低通低通本機低波段頻率范圍為9kHz～2.95GHz，第一中頻F1IF=3.9214GHz，加入低通濾波器可以有效抑制鏡像頻率干擾。圖8.38加入低通濾波器可以有效抑制鏡像的原理從圖中可以看出，若在第一變頻器前沒有加入低通濾波器，高波段的信號中與低波段鏡像對應(yīng)的頻譜分量，也能與第一本振混頻進入第一中放，成為鏡像干擾。3.預(yù)選器YTF（YIGtunedfilter釔鐵柘榴石調(diào)諧濾波器）類似超外差接收機高頻調(diào)諧電路（雙聯(lián)電容）作用，也是為抑制干擾。預(yù)選器YTF掃頻本振YTO諧波混頻器Nf1LO步進掃描隨本振掃描同步預(yù)選，每次只出一個中頻F2IF=312.4MHz高波段2.7~26.5GHz預(yù)選器的引入將極大地抑制鏡像和多重響應(yīng)，帶外抑制可達到70dB～90dB。同時也可改善二次諧波失真和頻率間隔較寬的三階交調(diào)失真的動態(tài)范圍。4.調(diào)諧方程和頻率參數(shù)低波段：信號頻率FRF=9kHz～2.95GHzF1LO+FRF=F1IF=3.9214GHz（教材堪誤，這里是用上變頻，得高中頻）F1IF-F2IF=F2IF=321.4MHz高波段：信號頻率FRF=2.7GHz～26.5GHzN*F1LO-FRF=F2IF=321.4MHz式中：N為諧波混頻次數(shù)；F1LO為第一本振頻率；F2LO為第二本振頻率。第三中頻：F3IF=21.4MHz該儀器具有自校準、自適應(yīng)、自診斷、自動搜索、自動跟蹤、最大保持、峰值檢測、快速傅里葉變換（FFT）、存儲/調(diào)用、帶寬測試、交調(diào)測試等一百多種功能。還備有存儲卡，可以方便地存儲或調(diào)用測試數(shù)據(jù)及測試程序。為了充分達到一機多用，該系列頻譜儀可以加上準峰值檢波選項進行電磁兼容（EMC）性測試；加上跟蹤信號發(fā)生器選項進行網(wǎng)絡(luò)測試；加上外混頻和擴頻選項實現(xiàn)上限為110GHz的擴頻測量；還可進行有線電視（CATV）測試、數(shù)字移動通信（GSM900）測試、無繩電話（CT2）測試等。應(yīng)當指出，現(xiàn)代頻譜儀將外差式和FFT兩種技術(shù)結(jié)合起來，前端仍然采用傳統(tǒng)的外差式結(jié)構(gòu)，而中頻處理部分采用數(shù)字結(jié)構(gòu)，中頻信號由A/D量化，F(xiàn)FT則由通用微處理器或DSP實現(xiàn)。這種方案充分利用了外差式頻譜儀的頻率范圍和FFT優(yōu)秀的頻率分辨率，使得在很高的頻率上進行極窄帶寬的頻譜分析成為可能，整機性能大大提高。例如，AgilentE4440A型頻譜儀，頻率范圍f=3Hz～26.5GHz，分辨帶寬可做到1Hz。

※8.5實時頻譜分析儀（RTSA—RealTimeSprctrumAnaiyzer）上述掃頻外差式頻譜分析儀是屬非實時頻譜儀，它要求被測信號相對穩(wěn)定不變才能讓掃頻的本振與被測信號差頻依次地將被測信號的各頻譜分量移入窄帶濾波器，然后與掃描鋸齒波同步加往顯示器則在屏幕上看到各頻譜分量。（a）（b）kFkaFkFk8.5.1概述如果被測信號是迅速動態(tài)變化的，則在慢速的掃頻過程中可能漏掉某些頻譜分量。實時頻譜分析儀能選取射頻信號中要分析的某一頻段（即實時采集帶寬，也稱跨度），把信號無縫地捕獲到內(nèi)存中，然后通過DSP在多個域（時域、頻域、調(diào)制域等）中分析信號，從而可以可靠地檢測到隨時間變化的射頻信號的特點。實時頻譜分析儀是先將要分析的信號快速采集（捕獲到動態(tài)信號頻譜）到內(nèi)存中，然后用軟件分析其頻譜等特性。圖8.46典型的實時頻譜分析儀（RTSA）的組成原理圖8.5.2工作原理1.系統(tǒng)組成原理被測信號通過信號調(diào)理（圖中以衰減器表示）后加入低通濾波器，以濾除鏡頻干擾信號。然后與掃頻的本振混頻，得到中頻信號IF，經(jīng)中頻帶通濾波后加往A/D，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后傳送到DSP（數(shù)字信號處理器）上，DSP負責(zé)管理儀器的觸發(fā)、內(nèi)存和分析功能。圖8.47樣點-幀-塊三層級結(jié)構(gòu)示意圖點塊幀圖8.48顯示了塊采集模式示意2.數(shù)據(jù)的捕獲與存儲（樣點·幀·塊三層級結(jié)構(gòu)）點A/D采集時域信號是一個樣點接一個樣點采集的（樣點的時間間隔決定于采樣速率和采集的頻率范圍），每個樣點包含有幅度和相位信息的I/Q對。幀由一批整數(shù)個（如1024個）連續(xù)樣點組成，是可以用快速傅立葉變換（FFT）塊由許多無縫連接的相鄰幀組成。塊的長度(也稱為采集長度)是一個連續(xù)采集表示的總時間。RTSA當前主要應(yīng)用于以下場合：模擬和數(shù)字調(diào)制信號質(zhì)量分析；理解測量期間頻率和頻譜占用特點；捕獲和檢定不想要的信號、未知信號或干擾信號；測量設(shè)備/系統(tǒng)設(shè)計或運行診斷測量；解決難以捕捉的EMI問題；VCO/合成器設(shè)計、RFID設(shè)備檢定；通用數(shù)字調(diào)制矢量信號分析、頻譜監(jiān)測、雷達測量等領(lǐng)域。時間頻率幅度幀圖8.50動態(tài)信號頻譜圖3.RTSA中的數(shù)字信號處理技術(shù)（DSP）時域的中頻（IF）樣點數(shù)據(jù)包含了射頻信號的幅度、相位等信息，通過DSP技術(shù)可以進行多域分析。5.頻譜圖顯示直觀地顯示了頻率和幅度怎樣隨時間變化。捕獲到動態(tài)頻譜4.實時觸發(fā)在采集存儲過程中選取信號的標志，以便靈活地選擇要分析的“窗口”。8.6頻譜儀的主要技術(shù)特性本節(jié)不打算羅列頻譜儀的所有技術(shù)特性，而僅就幾項主要技術(shù)特性來說明其含義，及它們之間的相互關(guān)系。由于頻譜儀主要組成部分是超外差接收機，因此其主要技術(shù)特性類似接收機，即選擇性、靈敏度、動態(tài)范圍等技術(shù)參數(shù)。8.6.1選擇性接收機的選擇性是表示選擇有用信號的能力。在頻譜儀中則表明選擇信號頻譜的能力，習(xí)慣上用頻譜分辨率來表示選擇性的優(yōu)劣。顧名思義，頻譜分辨率是指能把靠得最近的相鄰兩個頻譜分量（兩條相鄰譜線）分辨出來的能力。從上節(jié)介紹的頻譜儀工作原理知道，分辨率高低主要取決于窄帶中頻濾波器的帶寬。但要深入一步建立分辨率的概念和了解影響因素，還需進一步進行分析討論。1.分辨率的定義首先，明確一下在頻譜儀顯示屏上看到的頻譜圖是被測信號的譜線，還是