率 频成测分试，等因场此合得。以全面记录被测信号。非实时
ux 前 前 前前前
前前前前前 前前前前前 前前前前前
前
前前
前
前
Y前 前
前前前前前
前 前前前前前
前前 前前前
前前前 前前前
X前 前
三、扫频滤波式频谱仪
实扫质频是滤一波个式中频谱心仪频与率档在级整滤个波宽式一带样频，率是范一围种内 非可实调时谐频的谱窄测带量滤。结波构器简。单当，它价的格谐低廉振。频缺率点改是变电时， 调滤谐波滤器波就器分损离耗出大特、调定谐的范频围率窄分、量频。率特性不均匀、
就幅频特性而言，有点频法、扫频法两种测量方法。 １、静态频率特性测量——点频法 点频法就是逐点测量幅频特性的方法。它将单一 频率的正弦信号加到被测电路输入端，得到幅频特 性。由低到高改变频率，得到各个频率点上的幅度 比，即幅频特性。
S
+ 被测 +
测量
f u_i 电路 u_o RL 仪器
H(f)
f f0 点频法测量系统的幅频特性
输入
输入
放大器 衰减器
LPF
取样 保持
A/D
数字 滤波器
有效值 检波器
放大器
控制和时基
主振器 显示
五、带通滤波器的性能指标
• 带宽
理想滤波器 A2
实际滤波器 A2
RBW
1
3dB带宽
0.707
RBW RBW
3dB点
0
f
0
f1 f0 f2
f
通常是指3dB带宽， 或称半功率带宽。
分辨率带宽（RBW）反 映了滤波器区分两个相同幅 度、不同频率的信号的能力
• 滤波器响应时间（建立时间） 信号从加到滤波器输入端到获得稳定输出所需的
时间。通常用达到稳幅幅度的90％所需的时间TR来 表述，它与绝对带宽B成反比：TR∝1/B。
宽带滤波器的响应时间短，测量速度快；窄带滤 波器建立时间较长，但频率分辨率更高、信噪比好。 响应时间限制了频谱仪的扫描分析速度，影响实时频 谱分析的实现。
四、频谱仪的分类
• 按分析处理方法分类：模拟式频谱仪、数字式频 谱仪、模拟/数字混合式频谱仪；
• 按基本工作原理分类：扫描式频谱仪(扫描式及 外差式)、非扫描式频谱仪(傅立叶分析仪)；
• 按处理的实时性分类：实时频谱仪、非实时频谱 仪；
• 按输入通道数目分类：单通道、多通道频谱仪； • 按工作频带分类：高频、射频、低频等频谱仪。
中频信号预处理
• 中频信号预处理主要是在被检测之前完成对固定中 频信号的自动增益放大、分辨率滤波等处理。中频滤 波器的带宽通常可程控，以提供不同的频率分辨率。
• 中频信号幅度调节：由自动增益电路完成。末级混 频的增益必须能够以小步进精密调节，以保持后续电 路中的最大信号电平固定而不受前端的影响。
• 中频滤波器：用于减小噪声带宽、分辨各频率分量。 频谱仪的分辨率带宽由最后一个中频滤波器的带宽决 定。数字滤波器选择性较好、没有漂移，能够实现极 稳定的窄分辨率带宽。
分辨率差，目前这种方法只适用于窄带频谱分析。 非实时
ux 电调谐 滤波器
视频 检波器
Y放大
锯齿波 发生器
X 放大
窄带滤波器的中心频率可调节
四、数字滤波式频谱仪
数字滤波式频谱仪在现代频谱分析仪中占有重 要地位。数字滤波器的形状因子较小，因而提高了 频谱仪的频率分辨率；具有数字信号处理的高精度、 高稳定性、可重复性和可编程性等普遍优点。
8.2.2 外差式频谱仪
外差式频谱仪的频率变换原理与超外差式收 音机相同：利用无线电接收机中普遍使用的自动 调谐方式，通过改变扫频本振的频率来捕获待测 信号的不同频率分量。也称扫频外差式频谱仪。 扫频外差式方案是实施频谱分析的传统途径，在 高频段占据优势地位。
75MHz
f0
100MHz
∆f
150MHz
检波器
• 在模拟式频谱仪中，采用检波器来产生与中频交流 信号的电平成正比的直流电平，以获取待测信号的幅 度信息。常用包络检波器。
• 最简单的包络检波器由一个二极管和一个并联RC 电路串接而成。只要恰当地选择检波器的R、C值，就 可获得合适的时间常数以确保检波器跟随中频信号的 包络变化而变化。频率扫描速度的快慢也会对检波输 出产生影响，扫速太快会使检波器来不及响应。
Trouble：信号截取频谱改变
非实时分析法
在任意瞬间只有一个频率成分能被测量，无法得到 相位信息。适用于连续信号和周期信号的频谱测量。
扫频式分析：使分析滤波器的频率响应在频率轴 上扫描。
差频式分析（外差式分析）：利用超外差接收机 的原理，将频率可变的扫频信号与被分析信号进行 差频，再对所得的固定频率信号进行测量分析，由 此依次获得被测信号不同频率成分的幅度信息。这 是模拟式频谱仪最常采用的方法。
fx 输入 电路
中频信号处理 IF滤波
检波
fL LO
扫描信号 发生器
视频 滤波
Y放大
X放大
外差式频谱分析仪频率范围宽、灵敏度高、频 率分辨率可变，是目前频谱仪中数量最大的一种。 由于被分析的频谱依次被顺序采样，因而不能进行 实时分析。这种分析仪只能提供幅度谱，不能提供 相位谱。
输入通道
• 输入通道也称前端，主要由输入衰减、低噪声放大、低通滤 波及混频等几部分组成，功能上相当于一台宽频段、窄带宽的 外差式自动选频接收机。用于控制加到仪器后续部分的信号电 平，并对输入信号取差频以获得固定的中频。 • 输入衰减：一方面避免因信号电平过高而引起的失真，同时 起到阻抗匹配的功能，尽可能降低源负载与混频器之间的失配 误差 • 低噪声放大：对输入电平进行调整，保证混频器输入电平满 足一定的幅度要求，获得较佳混频效果 • 低通滤波技术 • 多级混频
2、动态频率特性测量——扫描式频谱仪 3、动态频率特性测量——傅立叶分析仪
8.2 扫描式频谱仪
• 8.2.1 滤波式频谱分析技术 • 8.2.2 外差式频谱仪 • 8.2.3 外差式频谱仪的主要性能指标
另: 扫频信号发生器
8.2.1 滤波式频谱分析技术
滤波式频谱分析仪原理及分类
基本原理：先用带通滤波器选出待分析信号，然 后用检波器将该频率分量变为直流信号，再送到显示 器将直流信号的幅度显示出来。为显示输入信号的各 频率分量，带通滤波器的中心频率是多个或可变的。
在一定频率范围数据分析速度与数据采集速度 相匹配，不发生积压现象，这样的分析就是实时的； 如果待分析的信号带宽超过这个频率范围，则是非 实时分析。
五、线性系统幅频特性测量的方法 线性系统可用传输函数描述其激励与响应的关系：
H ( j) Uo ( j) H ()e j() Ui ( j)
视频滤波器
• 视频滤波器用于对显示结果进行平滑或平均，以减 小噪声对信号幅度的影响。
• 基本原理：视频滤波器实质是低通滤波器，它决定了 驱动显示器垂直方向的视频电路带宽。当视频滤波器的 截止频率小于分辨率带宽时，视频系统跟不上中频信号 包络的快速变化，因此使信号的起伏被“平滑”掉。
• 频谱的两种基本类型
– 离散频谱（线状谱），各条谱线分别代表某个频率分量 的幅度，每两条谱线之间的间隔相等
– 连续频谱，可视为谱线间隔无穷小，如非周期信号和各 种随机噪声的频谱
信号的种类：周期信号/非周期信号 离散信号/连续信号
时、频域对应关系：


f
(t)

1
2
F ( j)e jtd
• 并行滤波式频谱仪 • 顺序滤波式频谱仪 • 扫频滤波式频谱仪 • 数字滤波式频谱仪
一、并行滤波式频谱仪
每个滤波式之后都有各自的检波器，无需电子开 关切换及检波建立时间，因此速度快，能够满足实 时分析的需要。但是可显示的频谱分量数目取决于 滤波器的数目，所以需要大量的滤波器。
ux 前置 放大器
窄带滤波器 窄带滤波器 窄带滤波器
• 波形因子
dB
dB 3dB B3dB
0
60dB －20
－40
3dB
－60
B 40dB B 60dB
f1
f2 f
f0
f
波形因子定义为滤波器60dB带宽 与3dB带宽之比：SF60/ 3 B60dB / B3dB
波型因子反映了区分两个不等 幅信号的能力，也称带宽选择性。
也可用40dB带宽与3dB带宽之 比表示。波形因子较小的滤波 器的特性曲线更接近于矩形， 故波形因子也称矩形系数。
1
0
-1
-2 -3
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
蓝+蓝=红
三、频谱分析的基本原理
频谱分析仪是使用不同方法在频域内对信号 的电压、功率、频率等参数进行测量并显示的仪 器。一般有FFT分析（实时分析）法、非实时分析 法两种实现方法。
FFT分析法：在特定时段中对时域数字信号进 行FFT变换，得到频域信息并获取相对于频率的幅 度、相位信息。可充分利用数字技术和计算机技 术，非常适于非周期信号和持续时间很短的瞬态 信号的频谱测量。
２、信号的频谱分析：分析信号的频率特性、频 谱纯度、频率稳定度、调制度等。
二、频谱分析的基本概念
• 广义上，信号频谱是指组成信号的全部频率分量的 总集；狭义上，一般的频谱测量中常将随频率变化 的幅度谱称为频谱。
• 频谱测量：在频域内测量信号的各频率分量，以获 得信号的多种参数。频谱测量的基础是傅立叶变换。
检波器 检波器 检波器
窄带滤波器 检波器
电 子 扫 描 开 关
扫描 发生器
Y放大 X放大
二、顺序滤波式频谱仪
这也种叫方档法级简滤单波易频行谱，仪但，在由频多带个较通宽带或互较相高衔频接段的的 带 情况通下滤需波要器大和量共滤用波检器波，器仪构器成体。积用过多大个；频由率于固通定带窄且， 相 分邻辨的力窄和带灵带敏通度滤都波不器是阵很列高来。区一分般被用测于信低号频的段各的种频音