頻譜是頻率譜密度的簡(jiǎn)稱(chēng)，是頻率的分布曲線。復(fù)雜振蕩分解為振幅不同和頻率不同的諧振蕩，這些諧振蕩的幅值按頻率排列的圖形叫做頻譜。
頻譜儀的分類(lèi)：
一般分為FFT(快速傅里葉變化)和掃頻式頻譜儀。其中FFT式頻譜儀適合窄分析帶寬，快速測(cè)量場(chǎng)合，掃頻式頻譜儀適合寬頻帶分析場(chǎng)合。
頻譜儀內(nèi)部原理：
1、輸入衰減器
信號(hào)進(jìn)入頻譜儀后，先經(jīng)過(guò)一個(gè)輸入衰減器，作用為防止大信號(hào)進(jìn)入混頻器，造成混頻器過(guò)載，增益壓縮，畸變。衰減器雨后面的中頻放大器是互動(dòng)的，中頻放大器補(bǔ)償前面的衰減值，保證信號(hào)大小不變。
2、低通濾波器
低通濾波器決定了頻譜儀的分析能力，頻譜儀上標(biāo)注的頻率范圍就是由此濾波器決定。
3、混頻器
混頻器，通過(guò)本振(LO)將輸入信號(hào)下變頻到中頻。
4、中頻濾波器
中頻濾波器即頻譜儀面板上設(shè)置的RBW，是可調(diào)的，調(diào)節(jié)RBW會(huì)影響頻率選擇性，信噪比和測(cè)試速度。
5、包絡(luò)檢波器
將中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)或者視頻信號(hào)。有正向檢波(顯示最大值)，負(fù)向檢波(顯示最小值)，采樣檢波(顯示中值)。
6、視頻濾波器
一般為一低通濾波器，此濾波器主要是為了減少噪聲的峰峰值變化，測(cè)試小信號(hào)時(shí)會(huì)用到。
一、實(shí)時(shí)帶寬
1、對(duì)于示波器來(lái)說(shuō)，帶寬通常是其測(cè)量頻率范圍。而頻譜儀則有中頻帶寬、分辨帶寬等帶寬定義。這里，我們以能對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析的實(shí)時(shí)帶寬作為討論對(duì)象。
2、對(duì)于頻譜儀來(lái)說(shuō)，末級(jí)模擬中頻的帶寬通?？梢宰鳛槠湫盘?hào)分析的實(shí)時(shí)帶寬，大多數(shù)的頻譜分析的實(shí)時(shí)帶寬只有幾兆赫茲，通常較寬的實(shí)時(shí)帶寬通常為幾十兆赫茲，當(dāng)然目前帶寬最寬的FSW頻譜儀可以達(dá)到500兆赫茲。而示波器的實(shí)時(shí)帶寬為其實(shí)時(shí)取樣的有效模擬帶寬，一般為數(shù)百兆赫茲，高的可達(dá)數(shù)千兆赫茲。
3、這里需要指出的是，大多數(shù)的示波器在垂直刻度設(shè)置不同時(shí)，其實(shí)時(shí)帶寬可能并不一致，在垂直刻度設(shè)置到最靈敏時(shí)，其實(shí)時(shí)帶寬通常會(huì)下降。
4、從實(shí)時(shí)帶寬來(lái)說(shuō)，示波器普遍優(yōu)于頻譜儀，這對(duì)于某些超寬帶信號(hào)分析尤其有好處，特別是在調(diào)制分析上有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。
二、動(dòng)態(tài)范圍
1、動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)因其定義不同而有所不同，很多情況下，動(dòng)態(tài)范圍被描述為儀器測(cè)量最大信號(hào)和最小信號(hào)的電平差值。當(dāng)改變測(cè)量設(shè)置時(shí)，儀器測(cè)量大信號(hào)和小信號(hào)的能力是不一樣的，例如頻譜分析儀在衰減設(shè)置不一樣的情況下，其測(cè)量大信號(hào)所帶來(lái)的失真是不一樣的。在這里，我們討論儀器能夠同時(shí)測(cè)量大小信號(hào)的能力，即在不改變?nèi)魏螠y(cè)量設(shè)置的情況下，示波器和頻譜儀在合適設(shè)置情況下的較好動(dòng)態(tài)范圍。
2、對(duì)于頻譜儀來(lái)說(shuō)，在不考慮相位噪聲等近端噪聲和雜散情況下，平均噪聲電平、二階失真、三階失真是制約動(dòng)態(tài)范圍的最主要因素，以主流頻譜儀的技術(shù)指標(biāo)計(jì)算，其理想動(dòng)態(tài)范圍約為90dB（受二階失真限制）。
3、大多數(shù)的示波器由于受其AD有效取樣位數(shù)和噪聲底的限制，傳統(tǒng)示波器的理想動(dòng)態(tài)范圍通常不超過(guò)50dB。(對(duì)于R&SRTO示波器，在100KHzRBW時(shí)，其動(dòng)態(tài)范圍可高達(dá)86dB)。
4、從動(dòng)態(tài)范圍來(lái)看，頻譜儀要優(yōu)于示波器。但這里要指出的是，這對(duì)于常在信號(hào)的頻譜分析來(lái)說(shuō)確實(shí)如此，然而示波器的頻譜是同一幀數(shù)據(jù)，頻譜儀的頻譜大多數(shù)情況下都不是同一幀數(shù)據(jù)，因而對(duì)于瞬變信號(hào)來(lái)說(shuō)，頻譜儀可能無(wú)法測(cè)量到。而示波器發(fā)現(xiàn)瞬變信號(hào)（信號(hào)滿足動(dòng)態(tài)范圍的情況下）的概率要大得多。
三、功率測(cè)量準(zhǔn)確度
對(duì)于頻域分析來(lái)說(shuō)，功率測(cè)量準(zhǔn)確度是非常重要的技術(shù)指標(biāo)。無(wú)論是示波器還是頻譜儀，對(duì)功率測(cè)量準(zhǔn)確度的影響量都是非常多的，下面分別列出其主要的影響量：
1、對(duì)于示波器來(lái)說(shuō)，功率測(cè)量準(zhǔn)確度的影響量有：端口不匹配引起的反射、垂直系統(tǒng)誤差、頻率響應(yīng)、AD量化誤差、校準(zhǔn)信號(hào)誤差等。
2、對(duì)于頻譜儀來(lái)說(shuō)，功率測(cè)量準(zhǔn)確度的影響量有：端口不匹配引起的反射、參考電平誤差、衰減器誤差、帶寬轉(zhuǎn)換誤差、頻率響應(yīng)、校準(zhǔn)信號(hào)誤差等。
3、此處我們不對(duì)影響量進(jìn)行逐一分析比較，我們通過(guò)對(duì)1GHz頻率信號(hào)的進(jìn)行功率測(cè)量來(lái)對(duì)比，通過(guò)RTO示波器和FSW頻譜儀的測(cè)量對(duì)比可以看出，在1GHz處，示波器與頻譜儀的功率測(cè)量值僅相差0.2dB左右，這是非常好的測(cè)量準(zhǔn)確度指標(biāo)。因?yàn)轭l譜儀在1GHz處的測(cè)量準(zhǔn)確度是非常好的。
4、另外，在頻率范圍內(nèi)，示波器的頻率響應(yīng)指標(biāo)也是很好的，4GHz范圍內(nèi)不超過(guò)0.5dB，從這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，示波器甚至優(yōu)于頻譜儀的性能。
儀器內(nèi)部計(jì)算機(jī)設(shè)有三個(gè)常用校準(zhǔn)程序：頻率校準(zhǔn)、幅度校準(zhǔn)和預(yù)選器（YTF）校準(zhǔn)。
一、頻率校準(zhǔn)
1、當(dāng)頻譜儀經(jīng)過(guò)振動(dòng)、運(yùn)輸、長(zhǎng)時(shí)間放置或大的環(huán)境溫度變化時(shí)，頻譜儀頻率調(diào)諧會(huì)發(fā)生變化，帶來(lái)頻率測(cè)量誤差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)測(cè)量信號(hào)左右晃動(dòng)的現(xiàn)象，通過(guò)頻率校準(zhǔn)可以排除該現(xiàn)象。校準(zhǔn)的過(guò)程主要是以300MHz信號(hào)為參考信號(hào)，對(duì)頻譜儀的掃描時(shí)間、中心頻率、跨度（掃寬）、YIG主線圈延遲、副線圈靈敏度、掃頻靈敏度進(jìn)行誤差校準(zhǔn)，使頻譜儀頻率調(diào)諧范圍正常。
2、校準(zhǔn)方法是：用頻率／幅度校準(zhǔn)電纜，將校準(zhǔn)信號(hào)（CALOUTPUT）接入頻譜儀的信號(hào)輸入端。按【CAL】〔CALFREQ〕，頻譜儀進(jìn)入頻率校準(zhǔn)程序。校準(zhǔn)結(jié)束后，屏幕上出現(xiàn)“CALDONE”信息，按〔CALSTORE〕鍵將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在儀器的E2PROM中。
二、幅度校準(zhǔn)
1、與頻率校準(zhǔn)一樣，當(dāng)頻譜儀測(cè)量幅度準(zhǔn)確度發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)幅度校準(zhǔn)程序可以使儀器滿足出廠指標(biāo)，過(guò)程主要是以300MHz信號(hào)為參考信號(hào)，對(duì)頻譜儀的整個(gè)通道幅度、分辨帶寬濾波器、對(duì)數(shù)放大器、以及輸入衰減器等幅度進(jìn)行誤差測(cè)量并校正。
3、校準(zhǔn)方法是：用頻率／幅度校準(zhǔn)電纜，將校準(zhǔn)信號(hào)（CALOUTPUT）接入頻譜儀的信號(hào)輸入端。按【CAL】〔CALAMP〕，頻譜儀進(jìn)入幅度校準(zhǔn)程序。校準(zhǔn)結(jié)束后，屏幕上出現(xiàn)“CALDONE”信息，按〔CALSTORE〕鍵將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在儀器的E2PROM中。
三、預(yù)選器（YTF）校準(zhǔn)
1、預(yù)選器的掃頻和跟蹤是頻譜儀諧波波段的關(guān)鍵。該機(jī)設(shè)計(jì)上采用了和第一本振相互獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)各波段分別校準(zhǔn)和驅(qū)動(dòng)。在頻譜儀快掃、慢掃、跨波段掃時(shí)，對(duì)第一振蕩器和預(yù)選器的磁滯、延遲進(jìn)行補(bǔ)償，大大地改善了YTF的跟蹤特性。如果頻譜儀在諧波波段上有5dB或更大的幅度誤差，往往是儀器放置時(shí)間較長(zhǎng)，環(huán)境溫度變化較大所造成的。預(yù)選跟蹤器不良會(huì)造成幅度測(cè)量誤差，甚至測(cè)不到信號(hào)，此時(shí)應(yīng)該進(jìn)行YTF校準(zhǔn)。
2、校準(zhǔn)方法是：用YTF校準(zhǔn)電纜，將100MHZ梳狀波（COMB）信號(hào)接到頻譜儀的RF輸入端。按【CAL】〔CALYTF〕，頻譜儀進(jìn)入YTF校準(zhǔn)程序。校準(zhǔn)結(jié)束后，屏幕上出現(xiàn)“CALDONE”信息，按〔CALSTORE〕鍵將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在儀器的E2PROM中。
3、如果在校準(zhǔn)期間退出或校準(zhǔn)不能完成出現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)，按〔CALFETCH〕取回校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。這時(shí)儀器將需要重新調(diào)整和修理。
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