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所谓"超外差"，就是通过本振信号和输入信号进行混频，产生特定频率的一个信号。超表示将信号变换为超音频，它最早是由阿姆斯特朗提出，可以利用超外差原理制成超外差接收机。这里的阿姆斯特朗可不是那位登月的兄弟哈。他是一位无线电早期的专家，发明了无线电调频的方法，对无线电的发展产生了深远的影响。FFT分析仪很好理解，其原理就是直接对时域进行傅立叶变换，这需要对信号进行采样得到一组离散数据，并对其进行算法分析处理。我们知道采样定理需要采样频率大于2倍的信号频率，对于高频信号这将会对ADC提出了重要的挑战，而且在早期半导体技术限制，ADC的位数受限，其采样能力有限，因此，FFT分析仪一般常用于低频的信号分析。为了满足高频信号的测量，超外差式分析仪成为了应用较为广泛的频谱分析仪。

频谱分析仪是无线通信系统的研发、测试和维护中常用的测试测量仪器，它不仅可以进行频域测量，还可以进行时域测量，甚至还可以进行矢量信号分析。如果你从事的是无线通信相关的工作，那么掌握频谱分析仪的使用是一项基本必备技能。为了更好的使用频谱分析仪，我们势必需要对频谱分析仪的原理要有一定的了解。

如果将频谱分析仪进行分类，我们最常看到的分类有两种类型，FFT分析仪和超外差式分析仪。实际上，现在广泛使用的频谱分析仪其实是这两种频谱分析仪原理的综合应用。

FFT分析仪很好理解，其原理就是直接对时域进行傅立叶变换，这需要对信号进行采样得到一组离散数据，并对其进行算法分析处理。我们知道采样定理需要采样频率大于2倍的信号频率，对于高频信号这将会对ADC提出了重要的挑战，而且在早期半导体技术限制，ADC的位数受限，其采样能力有限，因此，FFT分析仪一般常用于低频的信号分析。

为了满足高频信号的测量，超外差式分析仪成为了应用较为广泛的频谱分析仪。

所谓"超外差"，就是通过本振信号和输入信号进行混频，产生特定频率的一个信号。超表示将信号变换为超音频，它最早是由阿姆斯特朗提出，可以利用超外差原理制成超外差接收机。这里的阿姆斯特朗可不是那位登月的兄弟哈。他是一位无线电早期的专家，发明了无线电调频的方法，对无线电的发展产生了深远的影响。

阿姆斯特朗

这种变频接收方式的性能优于高频直接接收方式，所以至今仍广泛应用于高频信号接收机中。在我们身边也常见到很多接收机的例子，比如，收音机、GPS、卫星电视接收机等等这些都属于接收机。收音机的工作原理和频谱分析仪类似，我们可以通过收音机来初步的认识频谱分析仪，收音机作用是通过将接收到广播电台发射的电磁波转化成我们人耳可以听到的声音。实际上，这里并不是直接将接收到的电磁波直接转成电磁波，而是通过载波放大，混频，中频放大，检波，音频放大，功放，扬声器发出声音等一系列过程。与收音机类似，频谱分析仪也有一系列复杂的过程。

接下来，我们可以通过下面的框架图来学习现代常用的频谱分析仪的工作原理。

频谱分析仪结构框图

从上面的图我们可以看到，射频信号先通过衰减器，将载波和本振混频，中频放大，中频滤波，检波，视频滤波，模数转换，数据存储，数据计算，图形显示等一系列过程，下面我们依次来学习这些过程。

衰减器

基本上频谱分析仪的信号接收端都会设计一个衰减器，这样将有效的防止信号过大而损坏仪器内的器件。这个衰减器一般都是可调的，在测量时我们可以根据需要选择一个合适衰减值，不过，这里的衰减作频谱分析仪内部的衰减，我们不需要再进行单独的换算，屏幕显示的测量值已经对这里的衰减做了换算处理。当然，这个衰减器并不是万能的，因为，它并不是无限的衰减，当然，也没有无限大小的衰减器，通常如果测试的信号过大，我们还需要外接一个衰减器，对于外接的衰减器，我们需要进行一定的换算处理。比如，频谱分析仪的屏幕显示的值加上这里的外接衰减值就是实际的测量值。当然我们大可不必这样自己去换算，实际上我们可以通过设置频谱分析仪的Ref level offset参数将这个衰减值补偿进频谱分析仪里，这个参数我们可以理解为外部的校准值。这时屏幕的显示值就是我们的测量值了。这种方法在测试测量中极为方便，也是最为广泛使用的一种方法。

虽然衰减器可以有效的保护仪器的安全，但是，这也带来了一个弊端，设置衰减之后输入信号的减小而降低了信噪比，这将会对测试灵敏度产生一定的影响。

切记，在使用频谱分析仪的时候，一定要预估一下所测信号是否在频谱分析仪的安全范围内，一般都会在输入端口标记最大功率的大小。

混频和混频器（Mixer）

与收音机的原理类似，超外差式的频谱分析仪实际测量的并不是原始的载频信号，也是需要经过混频，将测量信号降频后生成中频信号，再进行测量。那么，问题来了，什么是混频？和谁进行混频？

混频是指将相信号从一个频率变换到另外一个频率的过程，它是频谱线性搬移的过程。

在射频里用来混频的射频器件我们称做混频器，它需要一个射频输入信号和一个本振信号，通过将两个信号相乘产生新的混频信号，也就是我们这里所说的中频信号。

混频器

通信里的一切都是建立在数学的基础上的，这里我们可以通过三角函数的积化和差来理解混频。我们可以我们假设Y是射频输入信号，L是本振信号：

我们将两个信号相乘，也就是混频：