頻譜分析是觀察和測(cè)量信號(hào)幅度和信號(hào)失真的一種快速方法，其顯示結(jié)果可以直接反映輸入信號(hào)傅里葉變換的幅度。信號(hào)頻域分析的測(cè)量范圍極其廣泛，超過(guò)140分貝，使頻譜分析儀成為一種適用于現(xiàn)代通信和微波領(lǐng)域的多用途儀器。頻譜分析本質(zhì)上是研究給定信號(hào)源、天線或信號(hào)分配系統(tǒng)的幅度和頻率之間的關(guān)系。這種分析可以給出關(guān)于信號(hào)的重要信息，例如穩(wěn)定性、失真、幅度以及調(diào)制類型和質(zhì)量。有了這些信息，可以對(duì)電路或系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，以提高效率或驗(yàn)證所需的信息傳輸和不必要的信號(hào)傳輸是否符合各種新興的規(guī)則和規(guī)定。

從研發(fā)到制造和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，現(xiàn)代頻譜分析儀得到了全面利用。新的頻譜分析儀已更名為信號(hào)分析儀，成為重要的實(shí)驗(yàn)室儀器。它能夠快速觀察到大的頻譜寬度，然后快速靠近放大器以觀察信號(hào)細(xì)節(jié)，這一點(diǎn)受到了工程師的高度重視。在制造領(lǐng)域，測(cè)量速度與通過(guò)計(jì)算機(jī)訪問(wèn)數(shù)據(jù)的能力相結(jié)合，可以快速、準(zhǔn)確、重復(fù)地完成一些極其復(fù)雜的測(cè)量。

完成信號(hào)頻域測(cè)量的技術(shù)方法有兩種(統(tǒng)稱為頻譜分析)。

1.FFT分析儀采用數(shù)值計(jì)算方法處理一定時(shí)間段的信號(hào)，可以提供頻率；振幅和相位信息。該儀器還可以分析周期性和非周期性信號(hào)。FFT的特點(diǎn)是速度快；精度較高，但其分析頻率帶寬受ADC采樣率限制，適合分析窄帶寬信號(hào)。

2.掃頻頻譜分析儀能分析穩(wěn)定的周期性信號(hào)，并能提供信號(hào)幅度和頻率信息，適用于寬帶快速掃描測(cè)試。

圖1信號(hào)頻域分析技術(shù)

快速傅里葉變換頻譜分析儀

快速傅里葉變換可以用來(lái)確定時(shí)域信號(hào)的頻譜。信號(hào)必須在時(shí)域內(nèi)數(shù)字化，然后執(zhí)行快速傅立葉變換算法來(lái)找到頻譜。一般來(lái)說(shuō)，F(xiàn)FT分析儀的結(jié)構(gòu)是這樣的:輸入信號(hào)先經(jīng)過(guò)可變衰減器提供不同的測(cè)量范圍，再經(jīng)過(guò)低通濾波器去除儀器頻率范圍外不需要的高頻成分，然后對(duì)波形進(jìn)行采樣，即轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，再由微處理器(或FPGA、DSP等其他數(shù)字電路)接收采樣的波形，通過(guò)FFT計(jì)算出波形的頻譜，記錄結(jié)果并顯示在屏幕上。

快速傅立葉變換分析儀可以執(zhí)行與多通道濾波器相同的功能，但不需要使用許多帶通濾波器。它使用數(shù)字信號(hào)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)幾個(gè)獨(dú)立濾波器的等效功能。從概念上講，F(xiàn)FT方法簡(jiǎn)單明了:將信號(hào)數(shù)字化，然后計(jì)算頻譜。事實(shí)上，為了使測(cè)量有意義，需要考慮許多因素。

FFT的本質(zhì)是基帶變換。換句話說(shuō)，F(xiàn)FT的頻率范圍總是從0Hz開始，延伸到某個(gè)最高頻率。這可能是在窄頻帶(不是從DC開始)分析測(cè)量的主要限制。比如FFT分析儀有采樣頻率，F(xiàn)FT的頻率范圍是0Hz到128KHz。如果N=1024，頻率分辨率將為0，因此間隔小于250Hz的譜線無(wú)法分辨。

提高頻率分辨率的一種方法是增加時(shí)間記錄中的采樣點(diǎn)數(shù)n，這也增加了FFT輸出的節(jié)點(diǎn)數(shù)。但問(wèn)題是這樣會(huì)增加FFT要處理的數(shù)組長(zhǎng)度，從而增加計(jì)算時(shí)間。快速傅立葉變換算法的計(jì)算時(shí)間往往限制了儀器的性能(如屏幕刷新率)，因此增加快速傅立葉變換的長(zhǎng)度總是可取的。

另一種方法是使用數(shù)字下變頻器，可以降低采樣率，提高頻率分辨率。ADC的輸出乘以數(shù)字正弦波，通過(guò)數(shù)字混頻降低數(shù)字正弦波的頻率。然后用數(shù)字濾波器濾波。數(shù)字濾波器通過(guò)使用適當(dāng)?shù)某槿∫蜃有纬蛇m當(dāng)?shù)念l率間隔。這個(gè)帶寬可以做得很窄，可以形成窄至1Hz的頻率間隔和頻率分辨率。

圖2在快速傅立葉變換分析儀中使用數(shù)字混頻器可以為頻率變化分析提供頻帶選擇

掃頻頻譜分析儀的工作原理

頻譜分析儀利用掃頻原理完成信號(hào)的頻域測(cè)試。

頻譜分析儀的功能是區(qū)分輸入信號(hào)中的每個(gè)頻率分量，測(cè)量每個(gè)頻率分量的頻率和功率。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，在掃描調(diào)諧頻譜分析中采用超外差方法，該方法可以提供較寬的頻率覆蓋，并允許在中頻進(jìn)行信號(hào)處理。圖3是超外差掃頻頻譜分析儀的結(jié)構(gòu)框圖。

進(jìn)入光譜儀后，輸入信號(hào)與本機(jī)振蕩器(LO)混頻。當(dāng)混頻產(chǎn)物等于中頻(IF)時(shí)，信號(hào)送到檢波器，檢波器輸出的視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、采樣、數(shù)字化，確定CRT顯示信號(hào)的垂直電平。掃描振蕩器控制CRT顯示器的水平頻率軸與本機(jī)振蕩器的調(diào)諧同步，驅(qū)動(dòng)水平CRT偏轉(zhuǎn)，同時(shí)調(diào)諧LO。

頻譜分析儀依靠中頻濾波器區(qū)分各個(gè)頻率分量，檢波器測(cè)量信號(hào)功率，通過(guò)本振與顯示橫坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系獲得信號(hào)頻率值。

這種掃描調(diào)諧分析儀的工作原理就像你家的調(diào)幅(AM)接收機(jī)一樣，只不過(guò)AM接收機(jī)的本機(jī)振蕩器不是掃描的，而是用刻度旋鈕手動(dòng)調(diào)諧的；另外，代替用顯示器顯示信息，使用揚(yáng)聲器。

圖3掃頻超外差頻譜分析儀的簡(jiǎn)化框圖

基于掃描工作原理，當(dāng)輸入信號(hào)為單點(diǎn)頻率信號(hào)時(shí)，需要將信號(hào)與掃描本振信號(hào)混合，這樣中頻信號(hào)也是隨頻率變化的掃頻信號(hào)，掃頻信號(hào)經(jīng)過(guò)中頻濾波器和檢波器后的輸出波形就是中頻濾波器的頻率響應(yīng)形狀。

圖4掃頻頻譜分析儀測(cè)量過(guò)程

輸入衰減器

輸入衰減器是頻譜分析儀信號(hào)處理的第一階段。頻譜分析儀輸入衰減器的功能包括以下幾個(gè)方面:

1.保證光譜儀在較寬的頻率范圍內(nèi)保持良好的匹配特性；

2.保護(hù)混頻和其他中頻處理電路。以防止組件損壞和過(guò)度的非線性失真。

通用頻譜分析儀衰減器的衰減范圍為0 ~ 65dB可以5dB步長(zhǎng)改變。當(dāng)輸入衰減器設(shè)置改變時(shí)，信號(hào)電平將受到影響。如果衰減值從10dB變?yōu)?0dB，信號(hào)幅度會(huì)人為降低10dB，相應(yīng)的檢測(cè)輸出也會(huì)降低。為了補(bǔ)償這種變化，光譜儀內(nèi)部將使用放大器來(lái)補(bǔ)償衰減效應(yīng)。因此，當(dāng)衰減器設(shè)置改變時(shí)，光譜儀上輸入信號(hào)的顯示不會(huì)改變。

儀器自動(dòng)設(shè)置衰減裝置的原則是保證:

輸入信號(hào)電平-衰減器設(shè)置

你可以注意儀器的這些參數(shù)值是否滿足上面公式的關(guān)系。

因此，當(dāng)儀器輸入衰減器的設(shè)置發(fā)生變化時(shí)，其內(nèi)部衰減器和中頻放大器也會(huì)發(fā)生變化。中頻放大器決定信號(hào)在屏幕上的顯示位置。

光譜儀工作時(shí)，中頻放大器的增益和衰減器的設(shè)定值共同作用。當(dāng)輸入衰減器的設(shè)置改變時(shí)，輸入信號(hào)的顯示電平不會(huì)改變。

攪拌器

混頻器完成信號(hào)的頻譜偏移，將不同頻率的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率。在混合過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)圖像相位干擾的問(wèn)題。

鏡像相位干涉示例:

輸入信號(hào)頻率:800MHz本振信號(hào)頻率:780MHz

中頻信號(hào)頻率:800-780 = 20 MHz；

圖像干擾信號(hào)的頻率為780-20 = 760兆赫茲，

760兆赫茲信號(hào)是800兆赫茲信號(hào)的鏡像干擾。

由此帶來(lái)的測(cè)量問(wèn)題是光譜儀的一個(gè)中頻信號(hào)顯示器無(wú)法判斷是760MHz信號(hào)的響應(yīng)還是800MHz信號(hào)的響應(yīng)。

光譜儀需要采用相應(yīng)的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。頻譜分析儀使用兩種方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

1.在低頻范圍(

2.在高頻范圍(>:3GHz)，使用帶通跟蹤濾波器抑制干擾。

圖5典型頻譜分析儀變頻過(guò)程

分辨率帶寬

中頻濾波器是頻譜分析儀的關(guān)鍵部件，主要依靠它來(lái)區(qū)分不同頻率的信號(hào)。頻譜分析儀的許多關(guān)鍵指標(biāo)(測(cè)量分辨率、測(cè)量靈敏度、測(cè)量速度、測(cè)量精度等。)與中頻濾波器的帶寬和形狀有關(guān)。

中頻濾波器通常由液晶濾波器、晶體濾波器或數(shù)字濾波器組合而成。形狀因子和過(guò)濾器類型是解釋這些過(guò)濾器特性的重要因素。形狀因子是衡量如何選擇濾波器的尺度，通常定義為3dB/60Dbk寬度的比值，該比值表示在3dB帶寬內(nèi)的大信號(hào)附件中，如何區(qū)分小100萬(wàn)倍(-60dB)的信號(hào)。這種濾波器對(duì)頻譜分析儀的性能影響很大。雖然有些濾波器類型，如巴特沃茲濾波器或切比雪夫?yàn)V波器，有很好的選擇性(信號(hào)分離能力)，高斯濾波器和同步調(diào)諧濾波器有更好的時(shí)域性能(更好的掃描幅度精度)，但最終哪個(gè)濾波器最好會(huì)起到重要作用。出色的外形性能為靠近的信號(hào)提供更好的分辨率。更好的時(shí)域性能(無(wú)過(guò)沖)提供了更快的掃描速度和更好的幅度精度。

對(duì)數(shù)放大器

對(duì)數(shù)放大器以對(duì)數(shù)方式處理輸入信號(hào)，允許測(cè)量大小同步，易于顯示和區(qū)分。實(shí)現(xiàn)這種壓縮的一種方法是建立一個(gè)增益隨信號(hào)幅度變化的放大器。在低電平信號(hào)下，增益可能為10dB，但在較大幅度下，增益降至0。為了獲得所需的對(duì)數(shù)范圍，必須級(jí)聯(lián)幾個(gè)這樣的放大器。對(duì)數(shù)放大器通常具有大約70dB到超過(guò)100dB的范圍。除了對(duì)數(shù)范圍之外，保真度(對(duì)數(shù)壓縮與對(duì)數(shù)曲線的貼近程度)是一個(gè)需要考慮的重要因素，這個(gè)誤差會(huì)直接反映測(cè)量的幅度誤差。

探測(cè)器

檢測(cè)器將輸入信號(hào)功率轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)于輸入信號(hào)功率的輸出視頻電壓。

對(duì)于不同特性的輸入信號(hào)(正弦信號(hào)、噪聲信號(hào)、隨機(jī)調(diào)制信號(hào)等)。)，需要不同的檢測(cè)方法來(lái)精確測(cè)量信號(hào)的功率。

現(xiàn)代光譜儀通常采用數(shù)字技術(shù)，支持所有檢測(cè)方法，以確保準(zhǔn)確測(cè)量各種測(cè)量信號(hào)的功率參數(shù)。

視頻濾波器

視頻濾波器對(duì)探測(cè)器輸出的視頻信號(hào)進(jìn)行低通濾波，減小視頻帶寬可以平滑頻譜顯示中的噪聲抖動(dòng)，從而減小顯示噪聲的抖動(dòng)范圍。這有利于光譜儀發(fā)現(xiàn)淹沒(méi)在噪聲中的低功率CW信號(hào)，也可以提高測(cè)量的重復(fù)性。

掃描本地振蕩器

掃描本振是整個(gè)頻譜分析儀的關(guān)鍵部件之一，掃描本振的穩(wěn)定性和頻譜純度是很多性能指標(biāo)的限制因素。本振的穩(wěn)定性影響最小分辨率帶寬，但即使使用頻率穩(wěn)定的本振，仍然存在殘余不穩(wěn)定性，稱為相位噪聲或相位噪聲邊帶。相位噪聲影響相鄰信號(hào)的觀測(cè)，但如果只考慮帶寬和形狀因素，觀測(cè)起來(lái)并不難?，F(xiàn)代頻譜分析儀的應(yīng)用之一是直接測(cè)量其他設(shè)備的相位噪聲，這就要求本機(jī)振蕩器有很高的相位噪聲。

頻譜分析儀的主要性能指標(biāo)

作為分析儀器，頻譜分析儀的基本性能要求包括:

1.頻率指示器:

測(cè)量頻率范圍:反映光譜儀測(cè)量信號(hào)范圍的能力；

頻率分辨率:反映光譜儀區(qū)分兩個(gè)頻率區(qū)間信號(hào)的能力。

2． 幅方面度指標(biāo)：

靈敏度:光譜儀發(fā)現(xiàn)小信號(hào)的能力；

內(nèi)部失真:反映光譜儀測(cè)量大信號(hào)的能力；

動(dòng)態(tài)范圍:光譜儀同時(shí)分析大信號(hào)和小信號(hào)的能力。

3.此外，光譜儀的性能還包括其分析精度和測(cè)量速度。

測(cè)量諧波失真或搜索信號(hào)要求頻率范圍從基波以下擴(kuò)展到多個(gè)諧波以上。為了測(cè)量互調(diào)失真，需要較窄的掃描寬度，以便觀察相鄰的互調(diào)失真產(chǎn)物。因此，第一步是選擇足夠頻率和寬掃描范圍的頻譜分析儀。第二個(gè)要求是什么樣的頻率分辨率？雙音互調(diào)的測(cè)量需要嚴(yán)格的分辨率。

頻譜分析儀的測(cè)量頻率范圍由其本振范圍決定。利用本振的諧波可以擴(kuò)展頻譜分析儀的分析頻率范圍，分析頻率范圍可以擴(kuò)展到更高的水平(75GHz110GHz325GHz等。).

頻率分解

這個(gè)例子反映了頻譜分析儀的測(cè)量分辨率對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。輸入物理信號(hào)是具有兩個(gè)頻率間隔的信號(hào)。只有當(dāng)頻譜分析儀的分辨率足夠高時(shí)，信號(hào)的特性才能正確地反映在屏幕上。

許多信號(hào)測(cè)試應(yīng)用要求頻譜分析儀具有盡可能高的頻率分辨率。

圖6頻率分辨率

頻譜分析儀的頻率分辨率與其內(nèi)部中頻濾波器和本振性能有關(guān)。

其中，中頻濾波器的影響因素包括:

過(guò)濾器類型；帶寬；形狀因素。

確定有用分辨率時(shí)，本地振蕩器的殘余調(diào)頻和噪聲邊帶也是應(yīng)考慮的因素。

依次分析每一項(xiàng)。首先要注意的一點(diǎn)是，理想的CW信號(hào)不能在光譜儀上顯示為無(wú)限細(xì)線，它有一定的寬度。調(diào)諧通過(guò)信號(hào)時(shí)，其形狀是頻譜分析儀本身的分辨率帶寬(中頻濾波器)形狀的顯示。因此，如果濾波器的帶寬改變，顯示響應(yīng)的寬度也改變。技術(shù)規(guī)范數(shù)據(jù)表規(guī)定了3 dB帶寬，其他應(yīng)用(EMC)將濾波器帶寬定義為6dB帶寬。

本機(jī)振蕩器性能對(duì)分辨率有影響，因?yàn)橹蓄l信號(hào)來(lái)自輸入信號(hào)和本機(jī)振蕩器信號(hào)的混合，兩個(gè)信號(hào)中的噪聲是功率相加的。

輸入信號(hào)相位噪聲性能為10kHz偏移-110 DBC/Hz；；

混頻本振相位噪聲性能為10kHz偏移-110dBc/Hz。

那么混合輸出中頻信號(hào)的相位噪聲性能為10kHz偏移-107dBc/Hz。

單點(diǎn)頻率信號(hào)的頻譜測(cè)試表明，結(jié)果是中頻濾波器的頻率響應(yīng)形狀。

濾波器形狀由其帶寬(3dB或6dB)和矩形系數(shù)定義。這兩個(gè)參數(shù)會(huì)影響頻譜分析儀的頻率分辨率。

圖7中頻濾波器帶寬和形狀因子的定義(矩形系數(shù))

在雙音測(cè)試中，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)相隔10kHz，RBW=10KHz時(shí)，儀器測(cè)試可以顯示兩個(gè)信號(hào)峰值。顯然，用10kHz濾波器分辨同幅雙音信號(hào)是沒(méi)有問(wèn)題的。

頻譜分析儀的RBW是它區(qū)分等幅信號(hào)的能力。

上述分析得出結(jié)論:

頻譜分析儀的RBW越小，其頻率分辨率越高。

中頻濾波器的3dB帶寬告訴我們等幅信號(hào)彼此有多接近，并且仍然可以彼此分離(根據(jù)3dB下降)。一般來(lái)說(shuō)，如果兩個(gè)信號(hào)之間的間隔大于或等于所選分辨率帶寬濾波器的3dB帶寬，就可以區(qū)分兩個(gè)幅度相等的信號(hào)。雙音測(cè)試中的兩個(gè)信號(hào)表示這個(gè)意思。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)相隔10千赫時(shí)，可以很容易地相隔10千赫的分辨率帶寬。然而，如果使用寬分辨率帶寬，兩個(gè)信號(hào)顯示為一個(gè)。

注:當(dāng)兩個(gè)信號(hào)出現(xiàn)在分辨率帶寬內(nèi)時(shí)，由于兩個(gè)信號(hào)之間的相互作用，可以通過(guò)使用比分辨率帶寬小10倍左右的視頻帶寬來(lái)平滑響應(yīng)。

通常我們需要測(cè)量不等幅信號(hào)。因?yàn)樵谖覀兊睦又校瑑蓚€(gè)信號(hào)描述了濾波器的形狀，所以小信號(hào)可能被隱藏在大信號(hào)濾波器的濾波器裙中。對(duì)于幅度相差60dB的兩個(gè)信號(hào)，間隔至少是60dB帶寬的一半(減少約3dB)。因此，形狀因子(濾波器60dB與3dB帶寬之比)是決定不等幅信號(hào)分辨率的關(guān)鍵。

用頻率分析儀分辨不等幅信號(hào)一例:

10kHz間隔下振幅下降50dB的失真產(chǎn)品測(cè)試。

如果3kHz濾波器的形狀因子為15:1，那么下降60dB的濾波器帶寬為45kHz，失真產(chǎn)物將隱藏在測(cè)試信號(hào)響應(yīng)的裙邊之下。如果切換到另一個(gè)窄帶濾波器(如1kHz濾波器)，60dB帶寬為15kHz時(shí)容易觀察到失真積(因?yàn)?0dB帶寬的一半是7.5kHz，小于邊帶間隔)。因此，該測(cè)量所需的分辨率帶寬應(yīng)不超過(guò)1khz(

過(guò)濾器形狀系數(shù)的范圍:

模擬濾波器:15:1或11:1

數(shù)字濾波器:5:1

以上分析的結(jié)論是:

頻譜分析儀的矩形系數(shù)越小，頻譜分析儀的頻率分辨率越高。

相位噪聲

影響分辨率的另一個(gè)因素是頻譜分析儀本地振蕩器的頻率穩(wěn)定性。

殘余頻率調(diào)制模糊了顯示的信號(hào)，因此無(wú)法區(qū)分指定殘余頻率調(diào)制內(nèi)的兩個(gè)信號(hào)。頻譜分析儀的分辨率帶寬不能窄到可以觀察到其自身的不穩(wěn)定性。如果它能做到這一點(diǎn)，我們將無(wú)法區(qū)分頻譜分析儀和輸入信號(hào)的殘余調(diào)頻。

這意味著頻譜分析儀的剩余調(diào)頻決定了最小允許分辨率帶寬。同樣，它確定等幅信號(hào)的最小間隔。該測(cè)量所需的剩余頻率調(diào)制不超過(guò)1khz(

鎖相本振作為參考源，可以提高殘余調(diào)頻指數(shù)，降低最小允許分辨率帶寬。高性能頻譜分析儀價(jià)格昂貴，因?yàn)樗捎酶咝阅苕i相本振，殘余調(diào)頻更低，最小分辨率帶寬更小。

由于信號(hào)頻譜顯示的噪聲側(cè)由于本地振蕩而帶來(lái)頻率不穩(wěn)定，這種噪聲可能會(huì)掩蓋近端(近載波)低電平信號(hào)。換句話說(shuō)，只考慮帶寬和外形因素，我們可能會(huì)看到。但是頻譜分析儀中本機(jī)振蕩器的相位噪聲會(huì)疊加在輸入信號(hào)上，這些噪聲邊帶影響近端低電平信號(hào)的分辨率。

測(cè)量示例:

待測(cè)信號(hào):

噪聲邊帶功率

圖8本機(jī)振蕩器相位噪聲對(duì)頻譜分析儀測(cè)量的影響

敏感

無(wú)信號(hào)加入時(shí)，頻譜分析儀會(huì)顯示噪聲電平，頻譜分析儀產(chǎn)生的噪聲大部分來(lái)自中頻放大器的第一級(jí)。

頻譜分析儀的靈敏度被定義為平均噪聲水平(DANL)，它與儀器檢測(cè)微弱信號(hào)的能力有關(guān)。如果信號(hào)水平等于顯示的平均噪聲水平，它將以大約3dB的投影顯示在平均噪聲水平之上。該信號(hào)被認(rèn)為是最小的可測(cè)量信號(hào)電平，但是如果不使用視頻濾波器來(lái)平均噪聲，則永遠(yuǎn)看不到這種現(xiàn)象。

頻譜分析儀的靈敏度定義為在一定分辨率帶寬下顯示的平均噪聲水平?！捌骄笔侵冈肼曅盘?hào)的幅度隨時(shí)間和頻率隨機(jī)變化，只有定量測(cè)量噪聲功率才能得到平均值。

光譜分析儀的靈敏度是儀器的重要指標(biāo)，

頻譜分析儀的靈敏度及其RBW；:VBW；衰減器設(shè)置值。

圖9測(cè)試頻譜分析儀的靈敏度

頻譜分析儀內(nèi)部噪聲對(duì)測(cè)試的影響可以從不同方面反映出來(lái)。

1.當(dāng)輸入信號(hào)功率電平小于儀器噪聲電平時(shí)，信號(hào)將不顯示，儀器沒(méi)有測(cè)試小信號(hào)的能力。

2.當(dāng)輸入信號(hào)的幅度大于儀器噪聲時(shí)，儀器噪聲會(huì)疊加在輸入信號(hào)上，這意味著最終的顯示信號(hào)電平是輸入信號(hào)電平和儀器噪聲的功率和。

當(dāng)被測(cè)信號(hào)功率比儀器內(nèi)部噪聲功率高10~20dB時(shí)，頻譜分析儀內(nèi)部噪聲的影響可以忽略不計(jì)。

之前已經(jīng)明確了光譜儀產(chǎn)生噪聲的原因以及噪聲對(duì)儀器測(cè)試的影響，下面分析以下儀器設(shè)置影響噪聲水平的因素。

影響頻譜分析儀噪聲水平的因素1:輸入衰減設(shè)置。

衰減器衰減每增加10dB，光譜儀顯示的噪聲水平就會(huì)增加10dB。

衰減器設(shè)置對(duì)光譜儀靈敏度的影響分析:

輸入信號(hào)的電平并不隨著衰減的增加而降低，因?yàn)楫?dāng)衰減降低施加到檢測(cè)器的信號(hào)電平時(shí)，中間放大器(IF)的增益同時(shí)增加10dB以補(bǔ)償這種損失，結(jié)果，儀器顯示的信號(hào)幅度保持不變。而噪聲信號(hào)只受放大器影響較大，電平放大，增加10dB。

由于內(nèi)部噪聲主要由放大器的第一級(jí)產(chǎn)生，因此輸入衰減器不會(huì)影響內(nèi)部噪聲水平。然而，輸入衰減器會(huì)影響混頻器的信號(hào)電平，并降低信噪比。

提高光譜儀器靈敏度的方法1:

使用盡可能小的輸入衰減來(lái)獲得最佳靈敏度。

儀器內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲是寬帶白噪聲。也就是說(shuō)，它在整個(gè)頻率范圍內(nèi)的電平是平坦的隨機(jī)噪聲，與分辨率帶寬濾波器相比，它的頻帶很寬。因此，分辨率帶寬濾波器僅將一小部分噪聲能量傳遞給包絡(luò)檢波器。如果分辨率帶寬增加(或減少)10倍，則增加(或減少)10倍的噪聲能量將到達(dá)檢測(cè)器，并且顯示的平均噪聲水平將增加(或減少)10dB。

顯示的噪聲水平和分辨率帶寬RBW之間的關(guān)系是:

噪聲電平變化(分貝)=10log(分辨率帶寬2/分辨率帶寬1)

RBW從100千赫(分辨率帶寬(舊))變?yōu)?0千赫(分辨率帶寬(新))，噪聲水平變化如下

噪聲水平變化=對(duì)數(shù)(10千赫/100千赫)= 10dB。

光譜儀的中頻濾波器可以抑制中間放大器產(chǎn)生的寬帶白噪聲，因此RBW越小，通過(guò)中頻濾波器的噪聲能量越小，檢測(cè)后的噪聲水平越低。

頻譜分析儀的噪聲是在一定分辨率帶寬下定義的。

頻譜分析儀的最低噪聲水平(和最慢掃描時(shí)間)是在最小分辨率帶寬下獲得的。

提高光譜儀器靈敏度的方法2；

以盡可能小的RBW設(shè)置獲得最佳靈敏度。

圖10 rbw設(shè)置對(duì)儀器靈敏度的影響

頻譜分析儀顯示信號(hào)加噪聲，因此當(dāng)信號(hào)接近噪聲水平時(shí)，附加噪聲疊加在掃描線上，使信號(hào)讀取更加困難。

視頻濾波器是檢測(cè)后的低通濾波器。由于聲信號(hào)的振幅隨時(shí)間和頻率隨機(jī)波動(dòng)，所以它通過(guò)檢測(cè)處理作為交流信號(hào)輸出。這些交流信號(hào)作為軌跡的抖動(dòng)反映在顯示器上。通過(guò)視頻濾波器的低通處理，噪聲波動(dòng)平滑。雖然不能提高靈敏度，但可以提高低信噪比下測(cè)量的分辨力和重復(fù)性。

降低VBW不會(huì)影響CW信號(hào)的顯示頻譜，因?yàn)镃W信號(hào)的檢測(cè)輸出是DC信號(hào)，DC信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波處理時(shí)不會(huì)受到濾波器帶寬的影響。

應(yīng)該注意的是，降低VBW可以平滑噪聲信號(hào)，但是它不能獲得噪聲信號(hào)的平均功率。

總結(jié)提高光譜儀測(cè)試靈敏度的技術(shù)方法；

1、最窄分辨率帶寬；

2.最小輸入衰減；

3.充分利用視頻過(guò)濾器(視頻帶寬

4.前置放大器(內(nèi)置或外置)。內(nèi)部前置放大器需要一個(gè)選項(xiàng)，工作頻率范圍一般< 3GH。前置放大器開關(guān)由[放大器]內(nèi)部放大器:開/關(guān)控制。

用外部放大器提高頻譜分析儀的靈敏度=放大裝置的增益-放大器的噪聲系數(shù)。

上述提高靈敏度的設(shè)置可能與其他測(cè)量要求相沖突:

1.分辨率帶寬小會(huì)大大增加測(cè)量時(shí)間；

2.0dB輸入衰減會(huì)增加輸入駐波比，降低測(cè)量精度。

3.增加前置放大器會(huì)影響光譜儀的動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)。

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