实时式频谱分析仪定义：知其工作原理 拿下所有频谱分析仪

实时式频谱分析仪定义：知其工作原理 拿下所有频谱分析仪调整RBW的大小往往会对频谱有一定的影响，RBW的值越小，频谱图形越细致，同时低噪也越低。我们在使用频谱分析仪进行测试时，经常会调整一个重要的参数RBW（分辨率带宽），它实际上就是对应这里的中频滤波器的带宽（一般它代表的是中频滤波器的3dB带宽）。中频滤波器（IF Filter）射频信号经过混频之后，生成的中频信号才是我们想要的信号，混频前的信号是我们不想看到的，那么是不是加上一个低通滤波器就可以了呢？然而，对于混频器而言，其内部结构中是由非线性器件组成，因此，射频信号经过混频后也有交调和干扰信号的产生。因此，为了准确分辨出中频信号，通常需要一个带宽足够窄的滤波器来分离频率间隔很近的信号，这就是中频滤波器，它可以抑制带宽之外的其他信号。

通过上面的公式我们可以看出，两个信号经过混频器混频后会生成两信号频率之和、差的信号，也就是信号发生了频谱搬移。

混频器示意图

虽然上面是通过实信号进行推导，但是对于复信号也是同样的道理，这里先不做展开。

回到本文正题，对于频谱分析仪的混频功能，就需要两个关键器件来实现，混频器和本地振荡器，频谱分析仪将接受到射频信号和本地振荡器生成的本振信号经过混频器进行混频产生中频信号，以便于下一级信号处理。

中频滤波器（IF Filter）

射频信号经过混频之后，生成的中频信号才是我们想要的信号，混频前的信号是我们不想看到的，那么是不是加上一个低通滤波器就可以了呢？然而，对于混频器而言，其内部结构中是由非线性器件组成，因此，射频信号经过混频后也有交调和干扰信号的产生。因此，为了准确分辨出中频信号，通常需要一个带宽足够窄的滤波器来分离频率间隔很近的信号，这就是中频滤波器，它可以抑制带宽之外的其他信号。

我们在使用频谱分析仪进行测试时，经常会调整一个重要的参数RBW（分辨率带宽），它实际上就是对应这里的中频滤波器的带宽（一般它代表的是中频滤波器的3dB带宽）。

调整RBW的大小往往会对频谱有一定的影响，RBW的值越小，频谱图形越细致，同时低噪也越低。

RBW

RBW

不过，测试时间也会相应变长。一般根据实际情况选择一个合适值进行设置即可。

扫描器（Sweep Generator）

上面了解了混频器、本地振荡器、中频滤波器，我们来思考这样一个问题。如果我们测量的是带宽信号，由于中频滤波器是一个窄带滤波器，要测量到每个频率信号，我们就需要对每个频率上都加上这么一个窄带滤波器。实际上，这种做法是非常不现实的。

如果要对带宽信号进行测量，为了使设计更加简单，我们可以保持中频不动，通过改变本振频率将中频固定在某个频率上，这样中频信号处理电路就可以完全一样了。

如何改变本振频率呢？它就是扫描器，扫描器可以用来控制本地振荡器输出的频率，从而实现将不同频率的信号转换成相同频率的中频信号。扫描带宽是可以由我们自己来设置的，它对应的就是频谱分析仪上的参数Span，也对应着测量的频率范围，也就是频谱分析仪屏幕上对应的频率带宽。除了带宽之外，我们还需要明确起始频率（Start Frequency）或终止频率（Stop Frequency），这样才能把测试范围确定下来。当然，在仪器使用时，我们是不需要再根据仪器的中频去换算本振起始频率或终止频率的，为了仪器的使用方便，直接以实际的测试频谱的起止频率进行设置，仪器自身自然会做相应的调整生成对应的本振频率。

一般频谱分析仪无外乎都有Zero Span、Full Span和自定义Span的这几种Span形式。Zero Span对应的是信号的时域情况，因为这个时候的扫频带宽是0，测量结果显示的是对应中心频点的时域结果，也就是类似示波器的功能。Full Span也很好理解，它对应的是测量的满带宽测量范围，当然，由于硬件的限制这个满带宽不是无限的，不同的仪器有不同的范围，大家在使用不同型号的频谱分析仪可以关注一下。自定义Span是我们常用的一种测试形式，为了更好的测试和观察被测信号，我们通常需要根据测试信号和测试需求来确定测试的频率范围，这时我们就可以通过自定义的种方式进行设置，一般的我们设置好了中心频点之后，再设置一个Span带宽即可，频率分析仪会自动调整起止频率。当然，我们也可以自己手动调整起止频率。

检波器

在现代的频谱分析仪屏幕一般采用的数字液晶屏，数据的显示只能通过离散的像素点来描述。相比高频信号这些离散的像素点也显得十分有限而不能完全描述一个信号。因此，这里还需要对原始信号通过算法进行抽点，所谓抽点就是将实际信号划分成多个片段，在将这些片段通过某种算法得出一个点来表示这个像素点对应的值，最后将这些像素值显示到屏幕上，它们代表了信号的最终测试结果，这个过程我们称做检波，经过检波之后的信号我们称作检波包络信号。

一般频谱分析仪都有下面这几种检波的方式，检波方式差别主要体现算法上的不同。

• 最大峰值检波：选取对应片段里的最大值。

• 最小峰值检波：选取其中的最小值。

• 自动峰值检波：同时选取最大值和最小值。

• 取样检波：选取特定位置的值。

• 均方根检波：将对应片段中的点，取其均方根（RMS）运算后的值。

• 平均值检波器：将对应片段中点，取其平均值。

对于最大峰值检波、最小值峰值检波、自动峰值检波，这些选取峰值的检波方式，由于选取的是最大值或最小值，忽略了噪声随机性，它们就不能很好的反映实际的噪声情况。而取样检波则可以很好的反映噪声随机性，但是其弊端是对于信号的峰值却不能很好的反映。而平均值检波和均方根检波是选取片段中所有的点做运算而取出一个点，所以，相对来说它们更能很好代表这个片段中所有点的特性。

在平时测试测量中，我们根据测试的实际情况选择相应的检波方式即可。

视频滤波器（Video Filter）

经过检波之后，检波包络信号将进入视频滤波器（Video Fileter），视频滤波器是一个低通滤波器，其作用主要是用来平滑噪声显示的。在频谱分析仪中，有个视频带宽(Vedio bandwidth)的设置，我们可以通过减小视频带宽（VBW）对频谱显示的噪声进行平滑处理，这对小信号的显示非常有帮助。