频谱分析仪如何工作

信号的频谱分布实际上就是测量结果在频域上的反映，频域和时域的关系如图所示：

示波器在时域测得近似方波的信号，经过傅里叶变换被分解为基波和高达11次奇次谐波。当用频谱分析仪从频域观察时。能够识别出所有频率组成。以上图为例，基波、3次谐波、5次谐波和11次谐波都可以被区分出来。由此可以看出，时域和频域是从不同角度对同一个信号的描述。

频谱分析仪的工作原理就像一个宽带接收机，宽带范围从几十kHz或几十MHz开始。接收机的功能是将输入信号的频率转换为检测回路能处理的频段。宽带接收机包括一个混频器、一个本机振荡器（LO）和一个带通滤波器。本机振荡器产生一个混频振荡信号。混频器将输入信号与本机振荡器产生的信号混合在一起，总信号就包括两种信号的和与差，两信号之差称为中频（IF），它是检测回路使用的部分信号。带通滤波器滤掉信号中不需要的成分，然后将仅留下的IF传到检测和显示单元。

频谱分析仪本质上是一个宽带接收机，因此需要不只一次的频率转换，次数由频率范围、频率分辨率和RBW滤波器决定。

1、衰减器

将衰减器置于射频输入路径，扩宽了输入信号电平的动态范围或对频谱分析仪增添了更多的输入保护。

衰减器将来自混频器（RF中部）的信号电平限制在一定范围内，如果输入信号超过参考电平，将会引起测量误差或伪噪声。这就是为什么某些频谱分析仪会在特定信号条件下列出仪器规格，包括混频器中具体的信号电平。

2、分辨率滤波器

当输入信号频率转换为更低频带并滤入检测和显示单元时，为了区分频率接近的信号，会用到RBW（分辨率带宽）滤波器。

在不同分辨率带宽下，RBW滤波器如何区分两种信号？将两个等幅信号通过两种RBW滤波器滤波，其中RBW1的分辨率优于RBW2，当通过较窄RBW1滤波器时，能清晰分辨出两种信号，但是通过较宽RBW2滤波器时，结果就不如RBW1。可以预测到，如果RBW2的分辨率带宽更宽，我们甚至会将结果误认为是一个信号。当两个信号的频率十分接近时，这种情况就会发生。另一种情况是，当两个信号的幅值差距很大，RBW1仍能够检测到较小信号，但是RBW2却不能，如下图所示，所以这些滤波器又称为分辨率滤波器。

3、检波器

RBW滤波之后，检波器能够检测能量并将其转换成直流电压。显示单元利用该直流电压描绘频谱分布。

4、视频滤波器

在直流电压进入显示单元之前，需要将检波器产生的噪声压缩，这个滤波器称为视频滤波器，它的带宽称为VBW。

视频滤波器也作为后置滤波器，VBW会对显示输出产生影响。如果待测信号通过两个VBW滤波器，其中VBW1小于VBW2，结果显示VBW2的底噪要比VBW1大，换句话说，视频滤波器将底噪平均了。但要注意的是，底噪电平并没有改变，VBW滤波器仅平均噪声电平，并不影响信号底噪的总体幅值。

5、扫描时间

上述内容介绍了频谱分析仪的基本结构，而且对RBW和VBW也作了详细解释。一般来说，扫描时间与频谱分析仪的频率分辨率成反比。扫描时间越快，解析度越低（RBW、VBW越宽）；扫描时间越慢，解析度越高（RBW、VBW越窄）。因此如果选择较窄的RBW或VBW，显示信号的时间就会变长。这就意味着RBW和VBW越窄，扫描时间越长。对于RBW/VBW扫描时间，绝大多数频谱仪都具有自动和手动选择模式。自动模式权衡了频宽、RBW、VBW和扫描时间，通常能获取最好的结合。