频谱分析仪原理

   本章将重点介绍频谱分析仪工作的基本 原理。虽然今天的威廉希尔官方网站 使得现代数字实现 替代许多模拟电路成为可能，但是从经典 的频谱分析仪结构开始了解仍然非常有 好处。
    图 2-1 是一个超外差频谱分析仪的简化 框图。“外差”是指混频，即对频率进行 转换，而“超”则是指超音频频率或高于 音频的频率范围。从图中我们看到，输入 信号先经过一个衰减器，再经低通滤波器 （稍后会看到为何在此处放置滤波器）到 达混频器，然后与来自本振（LO）的信号 相混频。

   由于混频器是非线性器件，其输出除了包含 两个原始信号之外，还包含它们的谐波以及 原始信号与其谐波的和信号与差信号。若任 何一个混频信号落在中频（IF）滤波器的通 带内，它都会被进一步处理（被放大并可能 按对数压缩）。基本的处理过程有包络检 波、低通滤波器进行滤波以及显示。斜波发 生器在屏幕上产生从左到右的水平移动，同 时它还对本振进行调谐，使本振频率的变 化与斜波电压成正比。
   如果您熟悉接收普通调幅（AM）广播信号 的超外差调幅收音机，您一定会发现它的结 构与图 2-1 所示框图极为相似。差别在于频 谱分析仪的输出是屏幕而不是扬声器，且 其本振调谐是电子调谐而不是靠前面板旋 钮调谐。
   既然频谱分析仪的输出是屏幕上的 X-Y 迹线，那么让我们来看看从中能获得什 么信息。显示被映射在由 10 个水平网格 和 10 个垂直网格组成的标度盘上。横 轴表示频率，其标度值从左到右线性增 加。频率设置通常分为两步：先通过中 心频率控制将频率调节到标度盘的中心 线上，然后通过频率扫宽控制再调节横 跨 10 个网格的频率范围（扫宽）。这两 个控制是相互独立的，所以改变中心频 率时，扫宽并不改变。还有，我们可以采 用设置起始频率和终止频率的方式来代 替设置中心频率和扫宽的方式。不管是 哪种情况，我们都能确定任意被显示信 号的绝对频率和任何两个信号之间的相 对频率差。
   纵轴标度按幅度大小划分。可以选用以电 压定标的线性标度或以分贝（dB）定标的 对数标度。对数标度比线性标度更经常 使用，因为它能反映出更大的数值范围。 对数标度能同时显示幅度相差 70 至 100 dB（电压比为 3200 至 100,000 或功率比 为 10,000,000 至 10,000,000,000）的信 号，而线性标度则只能用于幅度差不大于 20 至 30 dB（电压比 10 至 32）的信号。 在这两种情况下，我们都会运用校准威廉希尔官方网站 1给出标度盘上最高一行的电平即基准电 平的绝对值，并根据每个小格所对应的比 例来确定标度盘上其他位置的值。这样， 我们既能测量信号的绝对值，也能测量任 意两个信号的相对幅度差。
   屏幕上会注释出频率和幅度的标度值。图 2-2 是一个典型的频谱分析仪的显示。

   现在让我们将注意力再回到图 2-1 中所显 示的频谱分析仪元器件。
   其中隔直电容是用来防止分析仪因直流信 号或信号的直流偏置而被损坏，不过它会对 低频信号产生衰减，并使一些频谱仪的最 低可用起始频率增加至 9 kHz、100 kHz 或 10 MHz。 在有些分析仪中，可以像图 2-3 那样连接 一个幅度基准信号，它提供了一个有精确频 率和幅度的信号，用于分析仪周期性的自 我校准，北京海洋兴业科技股份有限公司提供。