頻譜分析儀是研究電信號頻譜結(jié)構(gòu)的儀器,用于信號失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號參數(shù)的測量,可用以測量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù),是一種多用途的電子測量儀器。
頻譜分析儀的工作原理
1、模擬式頻譜儀
(1)并行濾波實(shí)時頻譜儀
并行濾波實(shí)時頻譜儀又稱為多通道濾波式頻譜分析儀,其組成框圖如下圖所示。信號同時加到通帶互相銜接的多個帶通濾波器中,各個頻率同時被檢波,經(jīng)電子開關(guān)輪流顯示在熒光屏上,實(shí)現(xiàn)實(shí)時測量。此種頻譜儀不*能分析周期信號、隨機(jī)信號,還能分析瞬時信號。
(2)擋級濾波器式頻譜儀
擋級濾波器式頻譜儀又稱順序?yàn)V波式頻譜儀。與并行濾波實(shí)時頻譜儀不同,將電子開關(guān)加在檢波器前,減少了檢波器數(shù)量,濾波后信號經(jīng)公共檢波 器檢波后,送至熒光屏,是一種非實(shí)時測量。
并行濾波實(shí)時頻譜儀、擋級濾波器式頻譜儀受濾波器數(shù)量及帶寬的限制,這類頻譜儀常用在等百分比帶寬的低頻頻譜儀中。
(3)外差式頻譜儀
外差式頻譜儀利用外差式接收機(jī)原理,將本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的頻率可變的掃頻信號與被分析信號進(jìn)行差頻,差頻所得固定中頻信號送入窄帶濾波器,由后級電路進(jìn)行測量分析,由此依次獲得被測信號不同頻率分量的幅值信息。外差式頻譜儀組成框圖如下圖所示:
由于差頻頻率固定,且放大器的增益帶寬積是常數(shù),所以窄帶中頻放大器可獲得很高的增益,因此外差式頻譜儀具有頻率范圍寬、靈敏度高、頻率分辨率可變的優(yōu)點(diǎn),高頻頻譜儀幾乎全部采用外差式。
2、數(shù)字式頻譜儀
(1)數(shù)字濾波式實(shí)時頻譜儀
數(shù)字濾波式實(shí)時頻譜儀的組成框圖如下圖所示,*用一個數(shù)字濾波器,即構(gòu)成與模擬式頻譜儀中并行濾波法等效的實(shí)時頻譜儀。由于數(shù)字濾波器性能優(yōu)越,可以實(shí)現(xiàn)頻分和時分復(fù)用,完成頻譜測量。同時數(shù)字濾波器輸出的是序列數(shù)字量,因而可以進(jìn)行數(shù)字平方檢波和均方運(yùn)算,大大提高了檢波精度和動態(tài)范圍。該方法受到數(shù)字器件資源的限制,無法設(shè)置足夠多的數(shù)字濾波器,從而無法實(shí)現(xiàn)高頻率分辨率和高掃頻寬度。
(2)快速傅里葉頻譜儀
快速傅里葉頻譜儀的組成框圖如下圖所示,其核心技術(shù)是傅里葉變換(FFT分析),得到被分析信號的離散頻譜,再經(jīng)平方獲得功率譜。根據(jù)采樣定理:采樣速率應(yīng) 該大于或等于被采樣信號頻率的兩倍,故快速傅里葉頻譜儀的工作頻段一般在低頻范 圍,己成為低頻頻譜分析的主要方法。
(3)數(shù)字外差式頻譜儀
數(shù)字外差式頻譜儀融合了外差掃描、數(shù)字信號處理及實(shí)時分析技術(shù),利用數(shù)字可編程器件實(shí)現(xiàn)模擬外差式頻譜儀中的各模塊。輸入信號經(jīng)過高速 A/D轉(zhuǎn)換送入處理器,在硬件乘法器內(nèi)與數(shù)字熒光示波器產(chǎn)生的本振掃頻信號混頻,變頻 后信號分別進(jìn)入低通數(shù)字濾波器,提取濾波后的信號幅值,結(jié)合當(dāng)前頻率,在顯示器上顯 示信號頻譜。
相比模擬外差式頻譜儀,數(shù)字外差式頻譜儀不*測量速度快,還能對頻譜信號實(shí)現(xiàn)存儲和分析。相比傅里葉頻譜儀和數(shù)字濾波式頻譜儀,數(shù)字外差式頻譜儀只使用一個固定截止頻率的低通濾波器,節(jié)省資源,同時省去大容量的存儲器,在保證系統(tǒng)精度的前提下,提高了系統(tǒng)集成度。