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頻譜分析儀的核心原理

更新時間：2025-08-14      瀏覽次數：111

頻譜分析儀的核心原理


頻譜分析儀的核心原理是將時域信號轉換為頻域信號進行分析，基于傅里葉變換理論——任何時域信號均可分解為不同頻率、幅度和相位的正弦波組合。其主要實現技術分為兩類：

  1. ?FFT（快速傅里葉變換）分析儀?

    • 直接對時域信號采樣，通過FFT算法計算頻譜。

    • 優點：適合低頻窄帶寬信號分析，精度較高。

    • 局限：受ADC采樣速率限制，高頻信號處理能力弱。

  2. ?超外差式分析儀?（主流方案）
    通過混頻技術將高頻信號降頻處理，流程如下：

    • 中頻濾波器提取目標分量，其帶寬由?分辨率帶寬（RBW）? 控制：

    • 信號經放大、包絡檢波提取幅度，再通過視頻濾波器平滑數據。

    • RBW越窄，頻率分辨率越高，可區分相近信號。

    • RBW變窄會延長掃描時間（與帶寬平方成反比）并降低底噪。

    • ?輸入衰減?：信號經可調衰減器防止過載損壞器件（衰減可能降低信噪比）。

    • ?預選濾波?：低通濾波器或預選器濾除高頻干擾，避免帶外信號引發混頻失真。

    • ?混頻轉換?：輸入信號與本振（LO）掃頻信號混頻，生成和頻與差頻（中頻信號）。
      示例：中頻頻率 = |射頻頻率 - 本振頻率|。

    • ?中頻處理?

    • ?顯示輸出?：頻率軸由斜波發生器控制，幅度以對數/線性標度顯示。

關鍵參數設置對測量的影響

  • ?RBW（分辨率帶寬）?：

    • 窄RBW可分離鄰近信號（如1004MHz與1005MHz），但增加掃描時間。

    • 現代數字中頻技術可將RBW降至1Hz（需FFT模式加速）。

  • ?參考電平?：

    • 設置過高會淹沒小信號，過低則導致大信號削波；建議比實際信號高10dB左右。

  • ?衰減器?：

    • 手動調節衰減值可平衡大/小信號測量，避免非線性失。

典型應用案例

  • ?方波頻譜分析?：
    方波由基波+奇次諧波組成（如10MHz方波含30MHz、50MHz等分量），頻譜呈離散峰值，驗證傅里葉分解理論。

?技術演進?：現代頻譜儀融合超外差與FFT技術，支持從低頻到毫米波的全頻段分析，并集成時域、調制域分析功能



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