講解實時頻譜分析儀的工作原理

發布時間：2020-10-20                1905

什么是實時頻譜分析儀？它的工作原理是什么，安泰維修為大家講解。

所謂實時頻譜分析儀（實時頻譜儀）就是指能實時顯示信號在某一時刻的頻率成分及相應幅度的分析儀。在實時頻譜儀中具體又分為并聯濾波器型和FFT(快速傅里葉變換)型兩種。

1、并聯濾波器型實時頻譜儀（實時頻譜分析儀）

并聯濾波器頻譜分析儀是一種真正的實時頻譜分析儀，其工作原理如下圖：

被測信號經過帶寬放大后，由多路分配器分送至多個帶通濾波器，每個濾波器從被測信號選出需要的頻譜分量，經檢波器檢波后，送到各顯示器并保持顯示。在設計和制作這種實時頻譜分析儀時，每個濾波器的中心頻率調諧在頻譜內的不同頻率上，這就要求濾波器的帶通很窄，濾波器的特性曲線接近矩形，且各濾波器的帶通頻率范圍要適當重疊。使頻譜分析儀能夠覆蓋整個頻率范圍，被測信號中任何一個頻譜成分不被遺漏，又能使被測信號中的不同頻率成分在不同顯示器上顯示。這樣各顯示器上所指示的是被測信號在該時刻所具有的頻譜分布情況。這種分析儀的優點是所有的濾波器在所有的時間內都和輸入的被測信號連接，可以瞬時檢測和顯示瞬變的不確定信號，且測量速度快，動態范圍寬和幅度測量準確度高等，其缺點是工作頻率范圍低，大約在100KHz，這是由于該分析儀能顯示的離散頻譜的數目取決于濾波器的數目，而實時頻譜分析儀的分辨率帶寬取決于濾波器的帶寬，可以設想頻率范圍覆蓋至100KHz，分辨率為1KHz的實時頻譜分析儀就需要100個濾波器和顯示器，這說明該類實時頻譜分析儀的價格是非常昂貴的，典型的并聯濾波器實時頻譜分析儀采樣32個濾波器來折中成本和分辨率。

2、快速傅里葉變換（FFT）實時頻譜分析儀

快速傅里葉變換算法可以把某一個時刻的時間函數f（t）轉換成頻率函數s（w）,FFT實時頻譜分析儀的方框圖如下圖：

在FFT實時頻譜分析儀中，首先是時域對被測信號進行采樣，經過高速A/D轉換和快速傅里葉分析計算后，不僅可以確定幅度-頻率函數，還可以確定確定相位-頻率函數，從而獲得被測信號的頻率、幅度和相位信息，故可對非周期信號和瞬態信號進行頻域分析。

FFT實時頻譜分析儀的一個優點就是能夠快速地捕獲和分析掃頻式頻譜儀不能捕獲的瞬變的單次出現的信號，另一個優點是能測量幅度和相位。缺點是FFT實時頻譜分析儀受A/D轉換采樣速率的限制，由于技術的快速發展，其A/D和采樣速率都有很大提升，眾多廠商也紛紛不斷推出自己的實時頻譜分析儀；如：是德科技的RTSA系列實時頻譜分析儀、R&S的FSVR系列實時頻譜分析儀、TEK的RS系列實時頻譜分析儀、Signal Hound便攜式實時頻譜分析儀、安諾尼的手持式實時頻譜分析儀、邁克尼斯的手持式實時頻譜分析儀等等；實時帶寬更是達到了200MHz。

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