频谱分析仪的工作原理

频谱分析仪的工作原理

频谱分析仪对于信号分析来说是不可少的。它是利用频率域对信号进行分析、研究，同时也应用于诸多领域，如通讯发射机以及干扰信号的测量，频谱的监测，器件的特性分析等等，各行各业、各个部门对频谱分析仪应用的侧重点也不尽相同。下面结合我台DSNG卫星移动站的工作特点，就电视信号传输过程中利用频谱分析仪捕捉卫星信标，监控地面站工作状态等方面，简要介绍一下频谱分析仪的工作原理。

科学发展到今天，我们可以用许多方法测量一个信号，不管它是什么信号。通常所用的最基本的仪器是示波器，观察信号的波形、频率、幅度等。但信号的变化非常复杂，许多信息是用示波器检测不出来的，如果我们要恢复一个非正弦波信号F，从理论上来说，它是由频率F1、电压V1与频率为F2、电压为V2信号的矢量迭加（见图1）。从分析手段来说，示波器横轴表示时间，纵轴为电压幅度，曲线是表示随时间变化的电压幅度。这是时域的测量方法，如果要观察其频率的组成，要用频域法，其横坐标为频率，纵轴为功率幅度。这样，我们就可以看到在不同频率点上功率幅度的分布，就可以了解这两个（或是多个）信号的频谱。有了这些单个信号的频谱，我们就能把复杂信号再现、复制出来。这一点是非常重要的。

对于一个有线电视信号，它包含许多图像和声音信号，其频谱分布非常复杂。在卫星监测上，能收到多个信道，每个信道都占有一定的频谱成份，每个频率点上都占有一定的带宽。这些信号都要从频谱分析的角度来得到所需要的参数。

从技术实现来说，目前有两种方法对信号频率进行分析。

其一是对信号进行时域的采集，然后对其进行傅里叶变换，将其转换成频域信号。我们把这种方法叫作动态信号的分析方法。特点是比较快，有较高的采样速率，较高的分辨率。即使是两个信号间隔非常近，用傅立叶变换也可将它们分辨出来。但由于其分析是用数字采样，所能分析信号的最高频率受其采样速率的影响，限制了对高频的分析。目前来说，最高的分析频率只是在10MHz或是几十MHz，也就是说其测量范围是从直流到几十MHz。是矢量分析。

这种分析方法一般用于低频信号的分析，如声音，振动等。

另一方法原理则不同。它是靠电路的硬件去实现的，而不是通过数学变换。它通过直接接收，称为超外差接收直接扫描调谐分析仪。我们叫它为扫描调谐分析仪。

在工作中通常所用的HP-859X系列频谱仪都是此类的分析仪。其优点是扫描调谐分析法受器件的影响，只要我们把器件频率做得很高，其分析能力就会很强。目前的工艺水平，器件可达到100GHz，最高甚至可做到325GHz。其频率范围要比

前一种分析方法大很多。只是在达到较高分辨率时，其分析测量的时间会有所增加。

在实际工作中，无线信号卫星信号的监督，由于其频率很高，都是采用扫描调谐的方式。它所能给我们的信息没有相位参数，只有幅度、频率。它是一种标量的分析方法。另外，这种方法有很高的灵敏度，它受到前端扫描调谐器件的控制，还有很高的动态范围。

下面我们着重介绍一下扫描调谐分析仪的基本原理，从图2中，我们不难看出，它是用超外差接收机的方式来实现频谱分析的。

最基本的核心部分是它的混频器。基本功能是将被测信号下变至中频21.4MHz，然后在中频上进行处理，得到幅度。在下变频的过程中，是由本振来实现下变频的。本振信号是扫描的，本振扫描的范围覆盖了所要分析信号的频率范围。所以调谐是在本振中进行的。全部要分析的信号都下变频到中频进行分析并得到谱频。这与日常所用的电视机、收音机的原理是一样的。

但是有线电视输出信号范围很广，比如有50个频道播放。这50个信号是同时进入接收机的，其总功率是迭加的。而所看的电视节目只能是其中之一。同理，送入频谱仪的输入端口信号是所采集信号的总和，其中包括所要分析的特定信号，所输入到频谱仪的功率是总功率。由此要引入一个参数-最大烧毁功率。这一值

是1瓦或是+30dBm。也就是说输入到频谱仪的信号功率总和不能超过1瓦，否则将会烧毁仪器的衰减器和混频器。

例如，我们要监测一个卫星信号，假设其频率为12GHz，其功率可能只有-80dBm 左右，这是很小的。但要知道输入信号是由很多信号迭加组成的，若是在其它某一频率上包括一个很强的信号，即使你没有看到这个大功率信号，若输入信号功率的总和大于1瓦，也是要烧毁频谱仪的，而其中的大功率信号并不是你所要分析的信号。这是我们在日常工作中需多加小心的，因为更换混频器的费用是很高的。

当然，频谱仪在输入信号时并没有直接将其接入混频器，而是首先接入一个衰减器。这不会影响最终的测量结果，完全是为了仪表内部的协调，如匹配、最佳工作点等等。它的衰减值是步进的，为0dB、5dB、10dB，最大为60dB。

还有的频谱仪是不能输入直流的，否则也会损坏器件。另外，还应注意不能有静电，因为静电的瞬时电压很高，容易把有源器件击穿。日常工作中把仪表接地就会有很好的效果，当然要有保护接地会更好。

在中频，所有信号的功率幅度值与输入信号的功率是线性关系。输入信号功率增大，它也增大，反之相同。所以我们检测中频信号是可行的。另外，为了有效检测，要有一个内部中频信号放大。混频器本身有差落衰减，本频和射频混频之后它并不是只有一个单一中频出来，它的中频信号非常丰富，所有这些信号都会从混频器中输出。在众多的谐波分量中，只对一个中频感兴趣。这就是前面所说的21.4MHz。这是在仪器器件中已做好的，用一个带通滤波器把中心频率设在

21.4MHz，滤除其它信号，提取21.4MHz的中频信号。通过中频滤波器输出的信号，才是我们所要检测的信号。

滤波器在工作中有几个因素：中心频率是21.4MHz，固定不变，其30dB带宽可以改变。比如对广播信号来说，其带宽一般是几十kHz，若信号带宽是25kHz，中频的带宽一定要大于25kHz。这样，才能使所有的信号全部进来。如果太宽，就会混入其它信号；如果太窄，信号才进来一部分，或是低频成份，或是高频成份。这样信号是解调不出来的。

中频带宽设置根据实际工作的需要来决定的。当然它会影响其它很多因素，如底噪声、信号解调的失真度等。

经过中频滤波器的中频信号功率就是反应了输入信号的功率。检测的方法就是用一个检波器，将它变为电压输出，体现在纵轴的幅度。当然还要经过D/A转换和一些数据处理，加一些修正和一些对数、线性变换。这足以给我们带来信号分析上的许多方便。

频谱分析是要分析频域的。一个信号要分析两个参数，一是幅度，二是频率。幅度已经得出，而频率和幅度要对应起来，在某一频率是什么幅度。下面介绍一下频率是如何测量的，如何与幅度对应起来。

其实很简单。它是通过本振与扫描电压对应起来的。本振是一个压流振荡器。本振信号是个扫描信号。扫描控制是由扫描控制器来完成的。它同时控制显示器的横坐标。从左到右当扫描电压在OV时，在显示器上是0点，对本振信号来说是F1点，即起始频率点。当扫描电压到10V时，在显示器上是终止频率点，本振电压就是在终止频率点，中间是线性的。通过这样的方法，使得显示器坐标的每一点与本振F1、F2的每一点对应起来（射频信号是本振信号减去中频信号

21.4MHz。当我们操作频谱仪进行分析时，实际是在改变本振信号的频率）。

下面简单介绍一下用频谱分析仪来评价发射机的方法。

先了解一下发射机最基本的框图，见图3。首先是一个调制部分将基带信号调制到中频信号，然后将中频信号上变频到射频信号上，还有一个与之相对的本振信号，对射频信号进行预放，再进行功率放大之后送到天线上发射。

如何用频谱仪对这样一个发射机进行测量。首先对它的发射信号从测量端口进行测量（若是把发射信号直接送入频谱仪，必然会把仪器烧坏）。在这里我们要测其功放的失真，发射信号的频率、功率。对发射机内部预放失真、增益、噪声系数，混频器的输出功率，输入功率进行测量，得到混频器的差落损耗。对混频器的输出功率进行准确测量，了解其工作点。对混频器的本振信号进行测量，得出本振信号的输出频率，了解其频率精度。这个频率精度也就决定了发射机的精度。通过以上这些测量，可以得到对于发射机内部信号、器件和输出信号的多项参数，以描述这个发射机的性能。作为通讯的监测，一般不去检测其内部的器件，只检测其频率、功率。只要这两项指标正常，就可以判定这部发射机是正常工作。

了解频谱仪的功能，必须要考察频谱仪的内部噪声、失真等等。一个放大器，要测它的失真、三阶交调失真和谐波失真。三阶交调失真是当对一个放大器输入二个频率相近（如差10kHz）的信号，幅度一样，由于放大器是非线性器件，在对这两个信号进行功率放大时，也会产生一些其它信号，如2F1-F2和2F2-F1，这两种信号就是三阶交调失真（见图4上）。它的特性非常靠近中间的信号，上面和下面都相差10kHz均匀排开。假设这个信号的带宽是20kHz，这两个交调失真的信号肯定会进到信号的带宽内，对信号产生干扰。为了不干扰正常的通讯，我们必须测量这失真信号的大小。描述的方法是这失真信号的幅度与正常的信号幅度之差，称之为失真量。另外一种放大器的失真是谐波失真。当对放大器输入一个点频信号F1，这个放大器会造成F2、F3，两倍或三倍的多次谐波。若是正好在2F1等处有其它信号，就会造成干扰（见图4下）。

一个放大器存在以上两种失真。我们用频谱仪去测量这些失真的大小。定义三阶交调失真为载波信号与失真信号的功率差。定义谐波失真为载波信号与某次谐波的功率差。

输入被测放大器两个信号F1、F1+10kHz，然后送入频谱仪进行测量。用两个信号源通过混合器再经过衰减器进入一个带通滤波器，以确保进入放大器的信号只是F1和F1+10kHz，没有其它成份。这个放大器产生交调失真的值是大于50dB，也就是失真信号与要放大的信号之间的差值幅度为50dB。它的二次谐波相差

40dB，三次谐波相差50dB（测量谐波失真要关闭一个信号发生器的输出），见图5。

由于频谱仪内部含有混频器，其特点是与有源器件放大器一样的。当输入信号为两个信号或是点频信号时，这个混频器也会产生以上所述的失真，并在频谱仪上反应出来，给测量带来误差。如何把频谱仪误差降低变为可测？

对于一种测量，可以使它成为可测，也可以使它成为不可测。这完全取决于频谱仪的设置。包括对衰减器、频率范围、分辨率带宽的设置。

频谱仪的设置主要有频率范围、分辨率和动态范围，而动态范围又会涉及到最大的输入功率即烧毁功率，增益压缩使小于1W的输入信号如果超过线性工作区也会有误差。还有灵敏度。要从以上几个主要方面来考虑频谱仪对输入的信号是否可测。

现在来看第一项参数频率范围。这个参数要从两个方面看，一是频率范围的设置是否足够的窄，具有足够的频率分辨能力，也就是窄的扫频宽度（见图6）。二是频率范围是否有足够的宽度，是否可以测到二次、三次谐波。

当我们用一个频谱仪测量一个放大器的谐波失真的时候，若这个放大器工作点是1GHz，那么它的三次谐波就是3GHz。这就是要考虑频率范围的最大可测宽度。如果频谱仪是1.8GHz的，那么就不能测量；如果是26.5GHz的频谱仪，当然可以测到它的三次，四次谐波。

第二类指标是分辨率。这是频谱分析仪中非常重要的参数设置。分辨率表示当要测量的是F1、而在F1的附近有另一个F2（见图7）。但它们的功率不一样，这时看能不能将它们区分开。将这个中频带宽设置成三种不同的宽度，下面所对应的就是在这一带宽设置时所看到的曲线（显示线）。很显然中频带宽越窄分辨率越高，中频带宽越宽分辨率越低。分辨率带宽直接影响到小信号的识别能力和测量的结果。

分辨率实际上就是分辨两个信号的能力，中频滤波器的3dB带宽就是分辨率带宽（见图8）。

对信号的分辨除了分辨率带宽会影响之外，还有一个参数，滤波器的形状因数（见图9），即滤波器60dB对3dB带宽之比值。形状因数越小越接近3dB带宽。越陡峭就越接近于矩形，这时分辨能力就越强。所以说形状因数越小，分辨能力越强。

模拟滤波器一般为15:1或是11:1，而数字滤波器是5:1。对于一个信号的分辨能力还有两个因素：剩余调频和噪声边带（见图10)。

剩余调频是本振信号的抖动，这是无法避免的工艺问题。这种抖动决定了它能分辨信号间的小频率范围。如果两个信号相差频率是小于这个抖动范围，那么就

无法把这两个信号分辨出来。所以剩余调频这个指标就决定了频谱分析仪的最小可分辨的频率差。对于HP-859X来说是20Hz，对于ESA来讲是10Hz。

噪声边带在信号响应基底上表现得不稳定，这个噪声可能掩盖近端（靠近载波）的低电平信号。这个噪声是由本振的抖动引起的，在频率域上的体现。这个边带噪声降低了分辨能力。

对于频谱分析仪来说要降低边带噪声是很困难的，这涉及到其压控振荡器的制作工艺。而把滤波器的形状因数做小是相对比较容易实现的。所以我们评定一个频谱仪的时候不仅要考虑它的边带噪声，也要考察它的形状因数。

对于HP-859X的频谱仪，当分辨率带宽变得很窄，在300Hz以下时，其滤波器就自动切换到数字滤波器上。对于859X的频谱仪其内部的滤波器全是模拟的，没有数字滤波器。数字滤波器的测量速度要高于模拟。

用不同设置的分辨率带宽去测量交调信号。如图11所示。

当测量F1和F1+10kHz（F2）信号时，分辨率带宽BW设置成10kHz，与两个信号频率差别是一样的，这种情况下我们看到的是最外面的曲线，正好将两个信号分开。但不太容易分辨，只是知道是有两个信号存在。我们将BW下调一级，变成3kHz，图11中的中间那条曲线，就可以将两个信号分辨得非常清楚。但它的交调失真还是看不出来。我们再把BW进一步降低成为1kHz（实际是提高了分辨率），我们就可以更清晰地看到F1和F2，同时也看到两个失真信号。

分辨率带宽降低能提高分辨率，但对测量来说分辨率降低会增加扫描时间。这时我们可以对扫描时间进行人为设置，加快其扫描速度，提高测量速度。但是，由于扫描时间的改变会造成测量上的误差，具体就是频率升高，而幅度降低（见图12）。

所以作为一种快速测量而不要求太高测量精度时，可以采用这种方法，但若要较高精度的测量，必须要使BW与测量时间置于自动联动，方可满足准确测量的要求。

频谱分析仪第三个重要指标-动态范围。动态范围表示当两个信号同时出现时，测量其幅度差的能力。影响它的因素有最大输入功率、非线性工作区域、1dB压缩点（有时为0.5dB）。

频谱仪内部的混频器有一定的线性工作区域，如果超过线性区域，输入功率的变化与输出功率的变化即呈非线性。输出功率的变化量比输入功率的变化量小，造成功率压缩。如果功率压缩存在，我们所测得的功率值就是不准确的。

那么我们如何判断是否存在压缩呢？可以利用频谱仪内部的衰减器或外接衰减器来进行判断。将衰减器的衰减量设置在10dB时，测量混频器的输出功率。再将衰减器的衰减量增加10dB，再去测量混频器输出功率也应线性地减小10dB。若变化量不是10dB，只有7或8dB，说明混频器已工作在非线性区域，存在功率压缩区。

即使当频谱仪工作在线性区域的时候，混频器仍然产生内部失真，因为它是有源的非线性器件。在最差的情况下，内部失真完全可以覆盖被测件的失真产物或是外来的谐波失真。即使当内部失真低于要测信号的失真，也会引起测量误差。因为当基波信号进入到频谱仪时，它同样会产生二次和三次谐波。这种失真是由频谱仪内部产生的。这一失真会与输入信号的失真混叠起来，最后输出的谐波分量要比真实的失真高。这就造成了一定的测量误差。这要求频谱仪所产生的内部失真要尽量地小，使最后迭加出来的信号，趋近于被测信号。如何降低频谱仪内部的谐波失真和交调失真。这可利用失真特性，二次或三次谐波在数学公式上都存在这样的特点，即若存在一个频率为F的信号，其二次谐波为2F，三次谐波为3F。当两个信号F1、F2存在，其交调失真有2F1-F2、2F2-F1等等，见图13。

当F信号功率变化1△时，2F功率会变化2△，它的三次谐波会变化3△。变化量分别是其2倍和3倍。也就是说当输入功率降低1dB，二次谐波和三次谐波分别会降低2dB和3dB。交调失真是当F1、F2分别变化1△，2F1-F2和对应的2F2-F1均变化3△，这就是其特点。在测量时，频谱分析仪本身产生的二次谐波信号越高，它测量的范围越差。我们用输入信号F0的功率值和产生信号谐波功率值之差来进一步定义动态范围。凡是被测信号落在这一范围之内，都可以测出。

如何使动态范围增大（见图14），我们可以利用上面所说的数学特性，只要将F0的功率降低1dB，2F0会降低2dB。这就使动态范围增大了1dB。若F0的功率降低10dB，其动态范围也会随之增大10dB。三次失真的降低速度会更快。二次谐波和三次谐波的动态范围是呈线性变化的，只是斜率不一样。

我们用动态范围和功率值建立一个坐标系，可以得到图15的曲线，横坐标实际是混频器F0输入功率值，纵坐标就是内部失真电平。在动态范围的图上划出由基波产生的二次和三次失真产物与基波信号的相对关系。当一个混频器F0的功率为0dB，它的二次谐波失真信号的功率是固定的，差值也是固定的。可以看出，当功率降低越低，动态范围就越大。三次谐波更是如此。由此得出，混频器输入的功率越小，其动态范围就越大。

对于小信号的测量还有一个影响因素是它的噪声底。一个被测信号在仪器本身的失真范围之下是不可测的，若隐含在仪器本身的噪声底之下也是无法检测的。那么噪声底由谁来决定？噪声底的第一个因素是衰减量（见图16）。当衰减器的衰减量为10dB时，我们可以看到这些噪声曲线，同时看到一个小信号。当衰减量变成20dB，噪声底会抬高10dB，小信号就会被覆盖在平均噪声功率之下，变成不可测量。所以衰减量会影响仪器的噪声底，并降低了信噪比。所以要用尽可能小的输入衰减以获得最好的信噪比。

在实际的测量中，显示的信号电平不会随衰减的增加而下降。这是因为当衰减降低了加到检波器的信号电平时，中频放大器会增加10dB来补偿这个损失，这使

荧光屏上的信号幅度保持不变。但噪声电平被放大、增加了10dB。

另一个因素是中频滤波器的带宽（见图17），带宽越宽，进来的噪声越多，功

率当然也就越高。带宽降低10倍，噪声功率也会降低10倍；带宽降低100倍，噪声功率也会降低100倍。BW从100kHz变成10KHz，其噪声平均显示电平会降

低10dB。

所以说频谱仪的噪声是在一定的分辨带宽下定义的。广义上说，频谱分析仪的最低噪声电平是在最小分辨率带宽下得到的。

当频谱仪设置的分辨带宽以及衰减量固定时，那么它的噪声底也就固定了。这时信号的检测能力也决定了。当小信号低于噪声底时就不可测量，高于噪声底就变得可测。这个测量范围就是被测信号与噪声底的比值。信号若比噪声底高10dB，可测范围就是10dB。这一信噪比我们置于纵坐标上，输入功率在横坐标上。（见图18）当噪声底固定的话，假设把BW设置在1kHz时，衰减量不变，那么它的

噪声是不变的，这时设输入功率为-40dB，信噪比是75dB。当输入功率为-30dB 时，信噪比为85dB。从此看出，信号的降低，信噪比是降低的。

噪声底对动态范围的影响。把信号对噪声和信号对失真的曲线置于同一坐标系上，横坐标是输入功率，纵坐标是动态范围（见图19）。最大的动态范围处于曲线

的交点。这时内部产生的失真电平等于显示的平均噪声电平。

频谱仪是否产生了失真？我们可以通过改变衰减器来判断。输入两个信号F1和F1+10k，当衰减量增大，混频器的输入功率降低，理论上失真也会降低。如果我们看到这些信号是降低的话，说明失真信号是频谱仪内部产生的；如果不变，那么它是外来的信号（见图20）。这是因为在调节衰减器的衰减量时，它后面有一个放大补偿（本文前面曾讲过）。所以频谱仪显示的外来失真信号是不变的，但自身的失真会有明显的变化。这个方法可简单明确的看出频谱仪是否工作在失真状态。

在测量时为了使噪声曲线平滑，在检波之后，放置了一个低通滤波器，即视频滤波器。这就是BW键中VBW软键的设置（见图21）。它的作用是将检测信号中的高频部分滤掉，使我们从显示屏上看到一个光滑的曲线。这对小信号的测量是非常有效的，它可使读数更为稳定。

最后谈一下灵敏度。简单地说，灵敏度就是最小可检测信号，定义为在一定分辨带宽下显示的平均噪声电平。“平均”就是足够窄的视频带宽VBW，去平均信号加噪声或噪声（见图22）。若一信号的电平等于显示的平均电平，它将以近似3dB突起显示在平均噪声电平之上。这一信号被认为是最小的可测量信号电平。

如果要使频谱分析仪得到最好的灵敏度，有以下三个方法：

（1）最窄的分辨率带宽；

（2）最小的输入衰减；

（3）视频带宽VBW应是分辨率带宽的百分之一。

但是最好的灵敏度可能与其它测量设置有矛盾，如测量时间大增，0dB的衰减会增加输入的驻波比，降低测量精度。总之，频谱仪的最佳工作状态是由诸多因素、参数决定的，不能片面追求某一指标的完美，需统筹考虑，对本文所述的基本因素和所要作的测量类型进行分析，尽力趋向于完美的组合。如对小信号测量，要提高灵敏度，对失真测量要调节衰减，同时要会判断频谱分析仪的工作状态等等。这在我们实际的工作中会遇到并要细心实践。

简易频谱分析仪

简易频谱分析仪[ 2005年电子大赛二等奖] 摘要：本设计以凌阳16位单片机SPCE061A为核心控制器件，配合Xilinx Virtex-II FPGA及Xilinx公司提供的硬件DSP高级设计工具System Generator，制作完成本数字式外差频谱分析仪。前端利用高性能A/D对被测信号进行采集，利用FPGA高速、并行的处理特点，在FPGA内部完成数字混频，数字滤波等DSP 算法。 SPCE061A单片机是整个设计的核心控制器件，根据从键盘接受的数据控制整个系统的工作流程，包括控制FPGA工作以及控制双路D/A在模拟示波器屏幕上描绘频谱图。人机接口使用128×64液晶和4×4键盘。本系统运行稳定，功能齐全，人机界面友好。 关键字：SPCE061A 简易频谱分析仪 一、方案论证 频谱分析仪是在频域上观察电信号特征，并在显示仪器上显示当前信号频谱图的仪器。从实现方式上可分为模拟式与数字式两类方案，下面对两种方案进行比较： 方案一：模拟式频谱分析仪 模拟方式的频谱仪以模拟滤波器为基础，通常有并行滤波法、顺序滤波法，可调滤波法、扫描外差法等实现方法，现在广泛应用的模拟频谱分析仪设计方案多为扫描外差法，此方案原理框图如图1.1：

图 1.1 模拟外差式频谱仪原理框图 图中的扫频振荡器是仪器内部的振荡源，当扫频振荡器的频率在一定范围内扫动时，输入信号中的各个频率分量在混频器中产生差频信号 （），依次落入窄带滤波器的通带内（这个通带是固定的），获得中频增益，经检波后加到Y放大器，使亮点在屏幕上的垂直偏移正比于该频率分量的幅值。由于扫描电压在调制振荡器的同时，又驱动X放大器，从而可以在屏幕上显示出被测信号的线状频谱图。这是目前常用模拟外差式频谱仪的基本原理。模拟外差式频谱仪具有高带宽和高频率分辨率等优点，但是模拟器件调试复杂，短期实现有难度，尤其是在对频谱信息的存储和分析上，逊色于新兴的数字化频谱仪方案。 方案二：数字式频谱分析仪 数字式频谱仪通常使用高速A/D采集当前信号，然后送入处理器处理，最后将得到的各频率分量幅度值数据送入显示器显示，其组成框图如图1.2： 图 1.2 数字式频谱仪组成框图

频谱分析仪的原理及应用

频谱分析仪的原理及应用 （远程互动方式） 一、实验目的： 1、熟悉远程电子实验系统客户端程序的操作，了解如何控制远地服务器主机，操作与其连接的电子综合实验板和PCI-1200数据采集卡，具体可参照实验操作说明。 2、了解FFT 快速傅立叶变换理论及数字式频谱分析仪的工作原理，同时了解信号波形的数字合成方法以及程控信号源的工作原理。 3、在客户端程序上进行远程实验操作，由程控信号源分别产生正弦波、方波、三角波等几种典型电压波形，并由数字频谱分析仪对这几种典型电压波形进行频谱分析，并对测量结果做记录。 二、实验原理： 1、理论概要 数字式频谱分析仪是通过A/D 采样器件，将模拟信号转换为数字信号，传给微处理器系统或计算机来处理和显示，与模拟仪器相比，数据的量化更精确，而且很容易实现存储、传输、控制等智能化的功能。电压测量的分辨率取决于A/D 采样器件的位数，例如12位A/D 采样的分辨率是1/4096。在对交流信号的测量中，根据奈奎斯特采样定理，采样速率必须是信号频率的两倍以上，采样频率越高，时间轴上的信号分辨力就越高，所获得的信号就越接近原始信号，在频谱上展现的频带就越宽。 本实验系统基于虚拟仪器构建，数字频谱分析仪是通过PCI-1200数据采集卡来实现的。通过虚拟仪器软件提供的网络通信功能，实现客户端与服务器之间的远程通信。由客户端程序发出操作请求，由服务器接受并按照要求控制硬件实验系统，然后将采集到的实验数据发给客户端，由客户端程序进行处理。 频谱分析仪是在频域进行信号分析测量的仪器之一，它采用滤波或傅立叶变换的方法，分析信号中所含各个频率份量的幅值、功率、能量和相位关系。频谱仪按工作原理，大致可分为滤波法和计算法两大类，本实验所用的数字频谱分析仪采用的是计算法。 计算法频谱分析仪的构成如图1所示： 图1 计算法频谱分析仪构成方框图 数据采集部分由数据采集部分由抗混低通滤波（LP ）、采样保持（S/H ）和模数转换（A/D ）几个部分组成。 数字信号处理（DSP ）部分的核心是FFT 运算。 有限离散序列Xn 和它的频谱X m 之间的傅立叶变换可表示如下： N-1 nm X m = ∑ Xn ·W N n=0 -j2π/N 式中W N = C n,m = 0,1,……,N-1 1 N-1 -nm Xn = － ∑ X m ·W N N m=0 X m 有N 个复数值，由它可获得振幅和相位谱∣X m ∣,φm 。由于时间信号Xn 总是实函数，X m 的N 个值的前后半部分共轭对称。 由于数据采集进行的是有限时间内的信号采集，而不是无限时间信号，在进行FFT 变

史上最好的频谱分析仪基础知识(收藏必备)

频谱分析是观察和测量信号幅度和信号失真的一种快速方法，其显示结果可以直观反映出输入信号的傅立叶变换的幅度。信号频域分析的测量范围极其宽广，超过140dB，这使得频谱分析仪成为适合现代通信和微波领域的多用途仪器。频谱分析实质上是考察给定信号源，天线，或信号分配系统的幅度与频率的关系，这种分析能给出有关信号的重要信息，如稳定度，失真，幅度以及调制的类型和质量。利用这些信息，可以进行电路或系统的调试，以提高效率或验证在所需要的信息发射和不需要的信号发射方面是否符合不断涌现的各种规章条例。 现代频谱分析仪已经得到许多综合利用，从研究开发到生产制造，到现场维护。新型频谱分析仪已经改名叫信号分析仪，已经成为具有重要价值的实验室仪器，能够快速观察大的频谱宽度，然后迅速移近放大来观察信号细节已受到工程师的高度重视。在制造领域，测量速度结合通过计算机来存取数据的能力，可以快速，精确和重复地完成一些极其复杂的测量。 有两种技术方法可完成信号频域测量（统称为频谱分析）。 1．FFT分析仪用数值计算的方法处理一定时间周期的信号，可提供频率；幅度和相位信息。这种仪器同样能分析周期和非周期信号。FFT 的特点是速度快；精度高，但其分析频率带宽受ADC采样速率限制，适合分析窄带宽信号。 2．扫频式频谱分析仪可分析稳定和周期变化信号，可提供信号幅度和频率信息，适合于宽频带快速扫描测试。

图1 信号的频域分析技术 快速傅立叶变换频谱分析仪 快速傅立叶变换可用来确定时域信号的频谱。信号必须在时域中被数字化，然后执行FFT算法来求出频谱。一般FFT分析仪的结构是：输入信号首先通过一个可变衰减器，以提供不同的测量范围，然后信号经过低通滤波器，除去处于仪器频率范围之外的不希望的高频分量，再对波形进行取样即模拟到数字转换，转换为数字形式后，用微处理器（或其他数字电路如FPGA,DSP）接收取样波形，利用FFT计算波形的频谱，并将结果记录和显示在屏幕上。 FFT分析仪能够完成多通道滤波器式同样的功能，但无需使用许多带通滤波器，它使用数字信号处理来实现多个独立滤波器相当的功能。从概念上讲，FFT方法

频谱分析仪使用注意

正确使用频谱分析仪需注意的几点 首先，电源对于频谱分析仪来说是非常重要的，在给频谱分析仪加电之前，一定要确保电源接确，保证地线可靠接地。频谱仪配置的是三芯电源线，开机之前，必须将电源线插头插入标准的三相插座中，不要使用没有保护地的电源线，以防止可能造成的人身伤害。 其次，对信号进行精确测量前，开机后应预热三十分钟，当测试环境温度改变3—5度时，频谱仪应重新进行校准。 三，任何频谱仪在输入端口都有一个允许输入的最大安全功率，称为最大输入电平。如国产多功能频谱分析仪AV4032要求连续波输入信号的最大功率不能超过＋30dBmW（1W），且不允许直流输入。若输入信号值超出了频谱仪所允许的最大输入电平值，则会造成仪器损坏；对于不允许直流输入的频谱仪，若输入信号中含有直流成份，则也会对频谱仪造成损伤。 一般频谱仪的最大输入电平值通常在前面板靠近输入连接口的地方标出。如果频谱仪不允许信号中含有直流电压，当测量带有直流分量的信号时，应外接一个恰当数值的电容器用于隔直流。 当对所测信号的性质不太了解时，可采用以下的办法来保证频谱分析仪的安全使用：如果有RF功率计，可以用它来先测一下信号电平，如果没有功率计，则在信号电缆与频谱仪的输入端之间应接上一个一定量值的外部衰减器，频谱仪应选择最大的射频衰减和可能的最大基准电平，并且使用最宽的频率扫宽（SPAN），保证可能偏出屏幕的信号可以清晰看见。我们也可以使用示波器、电压表等仪器来检查DC及AC信号电平。 频谱分析仪的工作原理 频谱分析仪架构犹如时域用途的示波器,外观如图1.2所示,面板上布建许多功能控制按键,作为系统功能之调整与控制,系统主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性.频谱分

超外差频谱分析仪的原理及组成

显示器 扫描产生器 3.1 超外差式频谱分析仪的原理及组成 3.1.1 超外差频谱分析仪的原理结构图 图3-1所示，为超外差频谱分析仪的简单原理结构图。 图3-1 超外差频谱分析仪的简单原理结构图 由图3-1可知：超外差频谱分析仪一般由射频输入衰减器、低通滤波器或预选器、混频器、中频增益放大器、中频滤波器、本地振荡器、扫描产生器、检波器、视频滤波器和显示器组成。 超外差频谱分析仪的工作原理是：射频输入信号通过输入衰减器，经过低通滤波器或预选器到达混频器，输入信号同来自本地振荡器的本振信号混频，由于混频器是一个非线性器件，因此其输出信号不仅包含源信号频率（输入信号和本振信号），而且还包含输入信号和本 第3章 超外差式频谱分析仪的原理

振信号的和频与差频，如果混频器的输出信号在中频滤波器的带宽内，则频谱分析仪进一步处理此信号，即通过包络检波器、视频滤波器，最后在频谱分析仪显示器CRT 的垂直轴显示信号幅度，在水平轴显示信号的频率，从而达到测量信号的目的。 3.1.2 RF 输入衰减器 超外差频谱分析仪的第一部分就是RF 输入衰减器。可变输入衰减器的作用是保证混频器有一个合适的信号输入电平，以防止混频器过载、增益压缩和失真。由于衰减器是频谱分析仪的输入保护电路，因此基于参考电平，它的设置通常是自动的，但是也可以用手动的方式设置频谱分析仪的输入衰减大小，其设置步长是10dB 、5dB 、2dB ，甚至是1dB ，不同频谱分析仪其设置步长是不一样的。如Agilent 8560系列频谱分析仪的输入衰减的设置步长是10dB 。 图3-2是一个最大衰减为70dB ，步长为2dB 的输入衰减器电路的例子。电路中的电容器是用来避免频谱分析仪被直流信号烧毁，但可惜的是它不仅衰减了低频信号，而且使某些频谱分析仪最小可使用频率增加到100Hz ，而其他频谱分析仪增加到9kHz 。 图3-2 RF 输入衰减器电路 图3-3所示，当频谱分析仪RF 输入信号和本振信号加到混频器的输入时，可以调整RF 输入衰减器，使混频器的输入信号电平合适或最佳，这样就可以提高测量精度。 0到70dB 衰减，步长2dB 电容器

频谱分析仪的工作原理

频谱分析仪的工作原理 频谱分析仪对于信号分析来说是不可少的。它是利用频率域对信号进行分析、研究，同时也应用于诸多领域，如通讯发射机以及干扰信号的测量，频谱的监测，器件的特性分析等等，各行各业、各个部门对频谱分析仪应用的侧重点也不尽相同。下面结合我台DSNG卫星移动站的工作特点，就电视信号传输过程中利用频谱分析仪捕捉卫星信标，监控地面站工作状态等方面，简要介绍一下频谱分析仪的工作原理。 科学发展到今天，我们可以用许多方法测量一个信号，不管它是什么信号。通常所用的最基本的仪器是示波器，观察信号的波形、频率、幅度等。但信号的变化非常复杂，许多信息是用示波器检测不出来的，如果我们要恢复一个非正弦波信号F，从理论上来说，它是由频率F1、电压V1与频率为F2、电压为V2信号的矢量迭加（见图1）。从分析手段来说，示波器横轴表示时间，纵轴为电压幅度，曲线是表示随时间变化的电压幅度。这是时域的测量方法，如果要观察其频率的组成，要用频域法，其横坐标为频率，纵轴为功率幅度。这样，我们就可以看到在不同频率点上功率幅度的分布，就可以了解这两个（或是多个）信号的频谱。有了这些单个信号的频谱，我们就能把复杂信号再现、复制出来。这一点是非常重要的。 对于一个有线电视信号，它包含许多图像和声音信号，其频谱分布非常复杂。在卫星监测上，能收到多个信道，每个信道都占有一定的频谱成份，每个频率点上都占有一定的带宽。这些信号都要从频谱分析的角度来得到所需要的参数。 从技术实现来说，目前有两种方法对信号频率进行分析。 其一是对信号进行时域的采集，然后对其进行傅里叶变换，将其转换成频域信号。我们把这种方法叫作动态信号的分析方法。特点是比较快，有较高的采样速率，较高的分辨率。即使是两个信号间隔非常近，用傅立叶变换也可将它们分辨出来。但由于其分析是用数字采样，所能分析信号的最高频率受其采样速率的影响，限制了对高频的分析。目前来说，最高的分析频率只是在10MHz或是几十MHz，也就是说其测量范围是从直流到几十MHz。是矢量分析。 这种分析方法一般用于低频信号的分析，如声音，振动等。 另一方法原理则不同。它是靠电路的硬件去实现的，而不是通过数学变换。它通过直接接收，称为超外差接收直接扫描调谐分析仪。我们叫它为扫描调谐分析仪。

频谱仪使用

频谱分析仪系统主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性.频谱分析仪依信号处理方式的不同,一般有两种类型;即时频谱分析仪(Real-Time Spectrum Analyzer)与扫描调谐频谱分析仪(Sweep-Tuned Spectru m Analyzer).即时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅,其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器(Detector),再经由同步的多工扫描器将信号传送到CRT萤幕上,其优点是能显示周期性杂散波(Periodic Random Waves)的瞬间反应,其缺点是价昂且性能受限於频宽范围,滤波器的数目与最大的多工交换时间(Switching Time).最常用的频谱分析仪是扫描调谐频谱分析仪,其基本结构类似超外差式接收器,工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混波器,可调变的本地振荡器经与CRT同步的扫描产生器产生随时间作线性变化的振荡频率,经混波器与输入信号混波降频后的中频信号(IF)再放大,滤波与检波传送到CRT的垂直方向板,因此在CRT的纵轴显示信号振幅与频率的对应关系.影响信号反应的重要部份为滤波器频宽,滤波器之特性为高斯滤波器(Gaussian-Shaped Filter),影响的功能就是量测时常见到的解析频宽(R BW,ResolutionBandwidth).RBW代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的最低频宽差异,两个不同频率的信号频宽如低於频谱分析仪的RBW,此时该两信号将重叠,难以分辨,较低的RBW固然有助於不同频率信号的分辨与量测,低的RBW将滤除较高频率的信号成份,导致信号显示时产生失真,失真值与设定的RB W密切相关,较高的RBW固然有助於宽频带信号的侦测,将增加杂讯底层值(Noise Floor),降低量测灵敏度,对於侦测低强度的信号易产生阻碍,因此适当的RBW宽度是正确使用频谱分析仪重要的概念. 频谱分析仪的使用 一、什么是频谱分析仪在频域内分析信号的图示测试仪。以图形方式显示信号幅度按频率的分布，即 X轴表示频率，Y轴表示信号幅度。 二、原理：用窄带带通滤波器对信号进行选通。 三、主要功能：显示被测信号的频谱、幅度、频率。可以全景显示，也可以选定带宽测试。 四、测量机制： 1、把被测信号与仪器内的基准频率、基准电平进行对比。因为许多测量的本质都是电平测试，如载 波电平、A/V、频响、C/N、CSO、CTB、HM、CM以及数字频道平均功率等。 2、波形分析：通过107选件和相应的分析软件，对电视的行波形进行分析，从而测试视频指标。如 DG、DP、CLDI、调制深度、频偏等。 五、操作： （一）硬键、软键和旋钮：这是仪器的基本操作手段。 1、三个大硬键和一个大旋钮：大旋钮的功能由三个大硬键设定。按一下频率硬键，则旋钮可以微调仪器显示的中心频率；按一下扫描宽度硬键，则旋钮可以调节仪器扫描的频率宽度；按一下幅度硬键，则旋钮可以调节信号幅度。旋动旋钮时，中心频率、扫描宽度（起始、终止频率）、和幅度的dB数同时显 示在屏幕上。 2、软键：在屏幕右边，有一排纵向排列的没有标志的按键，它的功能随项目而变，在屏幕的右侧对 应于按键处显示什么，它就是什么按键。 3、其它硬键：仪器状态(INSTRUMNT STATE)控制区有十个硬键：RESET清零、CANFIG配置、CAL校准、AUX CTRL辅助控制、COPY打印、MODE模式、SAVE存储、RECALL调用、MEAS/USE R测量/用户自定义、SGL SWP信号扫描。光标（MARKER）区有四个硬键：MKR光标、MKR 光标移动、RKR FCTN光标功能、PEAK SEARCH峰值搜索。控制（CONTRL）区有六个硬键：SWEEP扫描、BW带宽、TRIG触发、AUTO COVPLE自动耦合、TRACE跟踪、DISPLAY显示。在数字键区有一个B KSP回退，数字键区的右边是一纵排四个ENTER确认键，同时也是单位键。大旋钮上面的三个硬键是窗

频谱仪原理及使用方法

频谱仪原理及使用方法 频谱仪是一种将信号电压幅度随频率变化的规律予以显示的仪器。频谱仪在电磁兼容分析方面有着广泛的应用，它能够在扫描范围内精确地测量和显示各个频率上的信号特征，使我们能够“看到”电信号，从而为分析电信号带来方便。 1.频谱仪的原理 频谱仪是一台在一定频率范围内扫描接收的接收机，它的原理图如图1所示。 频谱分析仪采用频率扫描超外差的工作方式。混频器将天线上接收到的信号与本振产生的信号混频，当混频的频率等于中频时，这个信号可以通过中频放大器，被放大后，进行峰值检波。检波后的信号被视频放大器进行放大，然后显示出来。由于本振电路的振荡频率随着时间变化，因此频谱分析仪在不同的时间接收的频率是不同的。当本振振荡器的频率随着时间进行扫描时，屏幕上就显示出了被测信号在不同频率上的幅度，将不同频率上信号的幅度记录下来，就得到了被测信号的频谱。进行干扰分析时，根据这个频谱，就能够知道被测设备或空中电波是否有超过标准规定的干扰信号以及干扰信号的发射特征。 2.频谱分析仪的使用方法 要进行深入的干扰分析，必须熟练地操作频谱分析仪，关键是掌握各个参数的物理意义和设置要求。 (1)频率扫描范围 通过调整扫描频率范围，可以对所要研究的频率成分进行细致的观察。扫描频率范围越宽，则扫描一遍所需要时间越长，频谱上各点的测量精度越低，因此，在可能的情况下，尽量使用较小的频率范围。在设置这个参数时，可以通过设置扫描开始频率目”无“’。04朋和终止频率来确定，例如:startfrequeney=150MHz，stopfrequency=160MHz;也可以通过设置扫描中心频率和频率范围来确定，例如:eenterfrequeney=155MHz，span=10MHz。这两种设置的结果是一样的。Span越小，光标读出信号频率的精度就越高。一般扫描范围是根据被观测的信号频谱宽度或信道间隔来选择。如分析一个正弦波，则扫描范围应大于2f(f为调 制信号的频率)，若要观测有无二次谐波的调制边带，则应大于4f。 (2)中频分辨率带宽 频谱分析仪的中频带宽决定了仪器的选择性和扫描时间。调整分辨带宽可以达到两个目的，一个是提高仪器的选择性，以便对频率相距很近的两个信号进行区别，若有两个频率成分同时落在中放通频带内，则频谱仪不能区分两个频率成分，所以，中放通频带越窄，则频谱仪的选择性越好。另一个目的是提高仪器的灵敏度。因为任何电路都有热噪声，这些噪声会将微弱信号淹没，而使仪器无法观察微弱信号。噪声的幅度与仪器的通频带宽成正比，带宽越宽，则噪声越大。因此减小仪器的分辨带宽可以减小仪器本身的噪声，从而增强对微弱信号的检测能力。根据实际经验，在测量信号功率时，一般来说，分辨率带宽RBW宜为

超外差频谱分析仪的原理及组成

{ 显示器 扫描产生器 @ 超外差式频谱分析仪的原理及组成 超外差频谱分析仪的原理结构图 @ 图3-1所示，为超外差频谱分析仪的简单原理结构图。 ： { % 图3-1 超外差频谱分析仪的简单原理结构图 由图3-1可知：超外差频谱分析仪一般由射频输入衰减器、低通滤波器或预选器、混频 第3章 超外差式频谱分析仪的原理

器、中频增益放大器、中频滤波器、本地振荡器、扫描产生器、检波器、视频滤波器和显示器组成。 超外差频谱分析仪的工作原理是：射频输入信号通过输入衰减器，经过低通滤波器或预选器到达混频器，输入信号同来自本地振荡器的本振信号混频，由于混频器是一个非线性器件，因此其输出信号不仅包含源信号频率（输入信号和本振信号），而且还包含输入信号和本振信号的和频与差频，如果混频器的输出信号在中频滤波器的带宽内，则频谱分析仪进一步处理此信号，即通过包络检波器、视频滤波器，最后在频谱分析仪显示器CRT 的垂直轴显示信号幅度，在水平轴显示信号的频率，从而达到测量信号的目的。 3.1.2 RF 输入衰减器 超外差频谱分析仪的第一部分就是RF 输入衰减器。可变输入衰减器的作用是保证混频器有一个合适的信号输入电平，以防止混频器过载、增益压缩和失真。由于衰减器是频谱分析仪的输入保护电路，因此基于参考电平，它的设置通常是自动的，但是也可以用手动的方式设置频谱分析仪的输入衰减大小，其设置步长是10dB 、5dB 、2dB ，甚至是1dB ，不同频谱分析仪其设置步长是不一样的。如Agilent 8560系列频谱分析仪的输入衰减的设置步长是10dB 。 《 图3-2是一个最大衰减为70dB ，步长为2dB 的输入衰减器电路的例子。电路中的电容器 是用来避免频谱分析仪被直流信号烧毁，但可惜的是它不仅衰减了低频信号，而且使某些频谱分析仪最小可使用频率增加到100Hz ，而其他频谱分析仪增加到9kHz 。 ） 图3-2 RF 输入衰减器电路 图3-3所示，当频谱分析仪RF 输入信号和本振信号加到混频器的输入时，可以调整 RF 0到70dB 衰减，步长2dB 。

频谱分析仪的使用方法

电磁干扰测量与诊断 当你的产品由于电磁干扰发射强度超过电磁兼容标准规定而不能出厂时，或当由于电路模块之间的电磁干扰，系统不能正常工作时，我们就要解决电磁干扰的问题。要解决电磁干扰问题，首先要能够“看”到电磁干扰，了解电磁干扰的幅度和发生源。本文要介绍有关电磁干扰测量和判断干扰发生源的方法。 １．测量仪器 谈到测量电信号，电气工程师首先想到的可能就是示波器。示波器是一种将电压幅度随时间变化的规律显示出来的仪器，它相当于电气工程师的眼睛，使你能够看到线路中电流和电压的变化规律，从而掌握电路的工作状态。但是示波器并不是电磁干扰测量与诊断的理想工具。这是因为： A. 所有电磁兼容标准中的电磁干扰极限值都是在频域中定义的，而示波器显示出的时域波形。因此测试得到的结果无法直接与标准比较。为了将测试结果与标准相比较，必须将时域波形变换为频域频谱。 B. 电磁干扰相对于电路的工作信号往往都是较小的，并且电磁干扰的频率往往比信号高，而当一些幅度较低的高频信号叠加在一个幅度较大的低频信号时，用示波器是无法进行测量。 C. 示波器的灵敏度在mV级，而由天线接收到的电磁干扰的幅度通常为V级，因此示波器不能满足灵敏度的要求。 测量电磁干扰更合适的仪器是频谱分析仪。频谱分析仪是一种将电压幅度随频率变化的规律显示出来的仪器，它显示的波形称为频谱。频谱分析仪克服了示波器在测量电磁干扰中的缺点，它能够精确测量各个频率上的干扰强度。 对于电磁干扰问题的分析而言，频谱分析仪是比示波器更有用的仪器。而用频谱分析仪可以直接显示出信号的各个频谱分量。 频谱分析仪的原理 频谱分析仪是一台在一定频率范围内扫描接收的接收机，它的原理图如图1所示。 图1 频谱分析仪的原理框图

频谱仪的简单原理

频谱仪的简单原理 通常我们要对即将传输或者已经接收的信号进行分析，以获取我们所需要的信息。为了获取不同的信息我们通常将信号放在不同的域进行分析，如下图所示： 对于时域（时间和幅值）的分析我们通常采用示波器，获取信号的幅度、周期、频率等信息；对于频域（频率和幅值）的分析我们通常采用频谱分析仪，获取信号的频率、功率、谐波、噪声等信息；剩下的则是时间和频率的域，我们称之为矢量域，我们可以通过适量分析仪获取信号的幅度误差、矢量误差、相位误差等信息。现在的许多频谱分析仪也兼有矢量分析仪的功能。 按照工作原理分，频谱有两种基本的类型：实时频谱仪和扫频调谐式频谱仪。实时频谱仪包括多通道滤波器（并联型）频谱仪和FFT频谱仪。扫频调谐式频谱仪包括扫描射频调谐型频谱仪和超外差式频谱仪。其中超外差频谱仪应用最为广泛。 1.超外差频谱仪

如下图所示是典型的超外差频谱分析仪的实现框图： 原始输入信号首先经过一个低通滤波器，随后经过衰减器到达混频器以后，与来自本振的信号相混频。因为混频器本身就是非线性器件，所以输出信号除了包含两个原始的信号之外，还包含谐波，以及原始信号与谐波的差信号与和信号。如果混频信号落在中频滤波器的通带范围内，则信号会被进一步处理，中频信号再经过放大、滤波后送到检波器检波．检波输出信号经视频滤波器滤波，成为与输入信号功率幅度相对应的视频信号，体现在显示屏的Y轴上；扫频控制器将扫描电压与本振频率对应起来，改变频谱仪本振频率的同时将改变显示屏X轴的扫描电压。这样，频谱仪就可以将输入信号在不同频率处的功率幅度大小体现在显示屏上了。 假设频率轴上有一个特定的窗口，那么只有进入到该窗口内的信号才能被检测到，这就是它的基本原理。如果窗口从频率点f1 扫描到频率点f2，就可以得到不同频率上的信号功率，也就得到了被测信号

(完整版)基于LABVIEW的虚拟频谱分析仪设计

目录 1 设计任务 (1) 1.1 技术要求 (1) 1.2 设计方案 (1) 2 基本原理 (1) 3 建立模型 (2) 3.1 系统前面板设计 (3) 3.2 系统程序框图设计 (3) 3.3 系统程序运行结果 (4) 4 结论与心得体会 (9) 4.1 实验结论 (9) 4.2 心得体会 (10) 5 参考文献 (10)

基于LABVIEW的虚拟频谱分析仪设计1设计任务 1.1 技术要求 1）设计出规定的虚拟频谱分析仪，可对输入信号进行频域分析，显示输入信号的幅度谱和相位谱等 2）设置出各个控件的参数； 3）利用LabVIEW实现该虚拟频谱分析仪的设计； 4）观察仿真结果并进行分析； 5）对该虚拟频谱分析仪进行性能评价。 1.2 设计方案 虚拟频谱分析仪的设计包括以下三个步骤： 1) 按照实际任务的要求，确定频谱分析仪的性能指标。 2) 按照实验原理想好设计思路，并且完成电路图及程序，然后在前面板和程序流程图中实现。 3) 完成电路设计，运行程序并且检查，直至无误后观察仿真结果并且分心。 2基本原理 本设计采用的是数字处理式频谱分析原理，方法为：经过采样，使连续时间信号变为离散时间信号，然后利用LabVIEW的强大的数字信号处理的功能，对采样得到的数据进行滤波、加窗、FFT 运算处理，就可得到信号的幅度谱、相位谱以及功率谱。FFT的输出都是双边的，它同时显示了正负频率的信息。通过只使用一半FFT输出采样点转换成单边FFT。FFT的采样点之间的频率间隔是fs/N，这里fs是采样频率。FFT和能量频谱可以用于测量静止或者动态信号的频率信息。FFT提供了信号在整个采样期间的平均频率信息。因此，FFT主要用于固定信号的分析（即信号在采样期间的频率变化不大）或者只需要求取每个频率分量的平均能量。 在采样过程中，为了满足采样定理，对不同的频率信号，选用合适的采样速率，从而防止频率混叠。实际中，我们只能对有限长的信号进行分析与处理，而进行傅立叶变换的数据理论上应为无限长的离散数据序列，所以必须对无限长离散序列截断，只取采样时间