标准集团（香港）有限公司讲述频谱仪的原理

频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。

频谱分析仪的工作原理

1、模拟式频谱仪

(1)并行滤波实时频谱仪

并行滤波实时频谱仪又称为多通道滤波式频谱分析仪，其组成框图如下图所示。信号同时加到通带互相衔接的多个带通滤波器中，各个频率同时被检波，经电子开关轮流显示在荧光屏上，实现实时测量。此种频谱仪不仅能分析周期信号、随机信号，还能分析瞬时信号。

(2)挡级滤波器式频谱仪

挡级滤波器式频谱仪又称顺序滤波式频谱仪。与并行滤波实时频谱仪不同，将电子开关加在检波器前，减少了检波器数量，滤波后信号经公共检波 器检波后，送至荧光屏，是一种非实时测量。

并行滤波实时频谱仪、挡级滤波器式频谱仪受滤波器数量及带宽的限制，这类频谱仪常用在等百分比带宽的低频频谱仪中。

(3)外差式频谱仪

外差式频谱仪利用外差式接收机原理，将本机振荡器产生的频率可变的扫频信号与被分析信号进行差频，差频所得固定中频信号送入窄带滤波器，由后级电路进行测量分析，由此依次获得被测信号不同频率分量的幅值信息。外差式频谱仪组成框图如下图所示：

由于差频频率固定，且放大器的增益带宽积是常数，所以窄带中频放大器可获得很高的增益，因此外差式频谱仪具有频率范围宽、灵敏度高、频率分辨率可变的优点，高频频谱仪几乎全部采用外差式。

2、数字式频谱仪

(1)数字滤波式实时频谱仪

数字滤波式实时频谱仪的组成框图如下图所示，仅用一个数字滤波器，即构成与模拟式频谱仪中并行滤波法等效的实时频谱仪。由于数字滤波器性能优越，可以实现频分和时分复用，完成频谱测量。同时数字滤波器输出的是序列数字量，因而可以进行数字平方检波和均方运算，大大提高了检波精度和动态范围。该方法受到数字器件资源的限制，无法设置足够多的数字滤波器，从而无法实现高频率分辨率和高扫频宽度。

(2)快速傅里叶频谱仪

快速傅里叶频谱仪的组成框图如下图所示，其核心技术是傅里叶变换（FFT分析)，得到被分析信号的离散频谱，再经平方获得功率谱。根据采样定理：采样速率应 该大于或等于被采样信号频率的两倍，故快速傅里叶频谱仪的工作频段一般在低频范 围，己成为低频频谱分析的主要方法。

(3)数字外差式频谱仪

数字外差式频谱仪融合了外差扫描、数字信号处理及实时分析技术，利用数字可编程器件实现模拟外差式频谱仪中的各模块。输入信号经过高速 A/D转换送入处理器，在硬件乘法器内与数字荧光示波器产生的本振扫频信号混频，变频 后信号分别进入低通数字滤波器，提取滤波后的信号幅值，结合当前频率，在显示器上显 示信号频谱。

相比模拟外差式频谱仪，数字外差式频谱仪不仅测量速度快，还能对频谱信号实现存储和分析。相比傅里叶频谱仪和数字滤波式频谱仪，数字外差式频谱仪只使用一个固定截止频率的低通滤波器，节省资源，同时省去大容量的存储器，在保证系统精度的前提下，提高了系统集成度。

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