頻譜分析儀的功能是要分辨輸入信號中各個頻率成分并測量各頻率成分的頻率和功率。按照頻譜分析儀的工作原理，當(dāng)前主流的頻譜分析儀分為掃頻超外差式和快速傅里葉變換（ FFT ）式兩大類。雖然這兩類都是顯示幅度和頻率的關(guān)系特性的，但它們獲得數(shù)據(jù)的方式以及數(shù)據(jù)所描述的內(nèi)容有很大的區(qū)別。主要區(qū)別在于： FFT 分析儀可以同時顯示所有頻率成分的測量結(jié)果；而掃頻式分析儀只能在其濾波器或本振掃描和浦捉感興趣的信號時，順序顯示測量結(jié)果。

掃頻超外差式頻譜分析儀

掃頻超外差式頻譜分析儀是把固定中頻的窄帶中頻放大器作為頻率選擇濾波器，把本振（LO）作為掃頻器件，輸出本振信號頻率從低到高輸出連續(xù)掃過，與輸入的被測信號中各頻譜分量逐個混頻，使之依次變?yōu)橄鄬?yīng)的中頻頻譜分量，經(jīng)檢波和放大后顯示在屏幕上，如圖所示。

掃頻振蕩器技術(shù)的發(fā)展，尤其是頻率合成器技術(shù)的發(fā)展，使掃頻振蕩器的掃頻范圍極寬，帶來的好處是即使不借助于外加混頻器，其頻率范圍也可以直接從幾 Hz 調(diào)到 4OGHz以上。

FFT 式頻譜分析儀

FFT 式頻譜分析儀是隨著現(xiàn)代 FPGA 技術(shù)而發(fā)展起來的一種新式頻譜分析儀，由于采用快速傅里葉變換（ FFT ）來實現(xiàn)實時頻譜測量，它經(jīng)常被稱為實時頻譜分析儀。 FFT 技術(shù)并不是實時頻譜分析儀的專利，它在傳統(tǒng)的掃頻式頻譜儀上也有所應(yīng)用；但是實時頻譜儀所采用的FFT技術(shù)與傳統(tǒng)頻譜儀相比有著許多不同之處，同時其測量方式和顯示結(jié)果也有所不同。與傳統(tǒng)頻譜儀相比，它的最大特點在于在信號處理過程中能夠完全利用所采集的時域采樣點，實現(xiàn)無縫的頻譜測量和觸發(fā)。由于實時頻譜儀具備無縫處理能力，使得它在頻譜監(jiān)測、研發(fā)診斷以及雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計中有著廣泛的應(yīng)用。FFT式頻譜分析儀的原理框圖如圖所示。

兩種頻譜分析儀的區(qū)別

首先，頻譜儀分析儀的信號處理過程主要包括兩步，即數(shù)據(jù)采樣和信號處理。實時頻譜儀為了保證信號不丟失，其信號處理速度需要高于采樣速度。其次，為了保證信號處理的連續(xù)性和實時性，實時頻譜儀的處理速度必須保待恒定。傳統(tǒng)頻譜儀的FFT計算在 CPU 中進行，容易受到計算機中其他程序和任務(wù)的干擾。實時頻譜儀普遍采用專用FPGA進行 FFT 計算，這樣的硬件實現(xiàn)既可以保證高速度，又可以保證速度穩(wěn)定性。

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第三，頻率模板觸發(fā) FMT （Frequency Mask Trigger ）是實時頻譜儀的主要特性之一，它能夠根據(jù)特定頻譜分量大小作為觸發(fā)條件，從而幫助工程師觀察特定時刻的信號形態(tài)。傳統(tǒng)的掃頻式頻譜儀和矢量信號分析儀一般只具備功率或者電平觸發(fā)，不能根據(jù)特定頻譜的出現(xiàn)情況觸發(fā)測量，因此對轉(zhuǎn)瞬即逝的偶發(fā)信號無能為力。因此，傳統(tǒng)掃頻頻譜儀和實時頻譜分析儀各自有著自己的應(yīng)用場景。

最后，就是豐富的顯示功能。傳統(tǒng)頻譜儀的顯示專注于頻率和幅度的二維顯示，只能觀察到測量時刻的頻譜曲線。而實時頻譜儀普遍具備時間、頻率、幅度的三維顯示，甚至支持?jǐn)?shù)字余輝和頻譜密度顯示，從而幫助測試者觀察到信號的前后變化及長時間統(tǒng)計結(jié)果。