一、概述
跟着科技的不断发展，不管在航天、航空、帆海、通讯等方面都离不开对信号频谱的剖析。频谱剖析仪首要用于频谱剖析，也可丈量频率、电平、衰减、调制、失真、颤动等，还广泛使用于通讯、雷达、导航、电子对抗、空间技术、卫星地面站、频率办理、信号监测、EMI确诊、E M C丈量等方面，是发挥军用电子元器件、军用整机体系等部分科研、出产、测验、实验、计量的必备仪器。
二、频谱剖析仪的组成及作业原理
图1所示为扫频调谐超外差频谱剖析仪组成框图。输入信号经衰减器以约束信号起伏，经低通输入滤波器滤除不需的频率，然后经混频器与本振(LO)信号混频将输入信号转换到中频(IF)。LO的频率由扫频发生器操控。跟着LO频率的改动，混频器的输出信号(它包含两个原始信号，它们的和、差及谐波，)由分辩力带宽滤波器滤出本振比输入信号高的中频，并以对数标度扩大或紧缩。然后用检波器对经过IF滤波器的信号进行整流，然后得到驱动显现笔直部分的直流电压。跟着扫频发生器扫过某一频率规模，屏幕上就会画出一条迹线。该迹线示出了输入信号在所显现频率规模内的频率成分。
三、频谱仪各部分效果及显现信号剖析
输入衰减器：确保频谱仪在宽频规模内坚持杰出匹配特性，以减小失配差错;维护混频器及其它中频处理电路，避免部件损坏和发生过大的非线性失真。
混频器：完结信号的频谱搬移，将不同频率输入信号变换到相应中频。在低频段(3GHz)运用高混频和低通滤波器按捺镜像搅扰;在高频段(>3GHz)运用带通盯梢滤波器按捺镜像搅扰。
本振(LO)：它是一个压控振荡器，其频率是受扫频发生器操控的。其频率安稳度锁相于参阅源。
扫频发生器：除了操控本振频率外，它也能操控水平偏转显现，锯齿波扫描使频谱仪屏幕上从左到右显现信号，然后重复这个扫描不断更新迹线。扫频宽度(Span)是从左fstart到右fstop10格的频率差，例如：Span=1MHz,则100kHz/div.
中频扩大器：其增益和衰减器设置值连动作业，即当输入衰减10dB时，则中频增益一起添加10dB,使输入信号电平坚持不变。屏幕顶格线参阅电平直接设置中频增益值。当参阅电平↑(或↓)10dB,则增益↓(或↑)使信号↓移(或↑移)10dB,即改动信号显现方位，但信号起伏坚持不变。当输入衰减添加10dB时，信噪比减小10dB.这是因为输入衰减在混频器之前，只对信号电平进行衰减，而噪声是混频今后发生的，为确保输入信号电平不变，混频后的信号要相应地扩大10dB,这样噪声也就跟着相应地扩大，即噪声电平添加10dB.
中频滤波器：也称分辩力带宽滤波器，用来分辩不同频率的信号。它只允许本振信号减去输入信号的差频等于中频时，才干经过中频滤波器，最终在屏幕上显现。其它搅扰信号将被按捺掉。
中频滤波器的3dB带宽也称作分辩力带宽(RBW)。之所以在频谱仪上信号不可能显现为无线细的线，而是有必定的宽度，是因为当调谐经过信号时，其形状是频谱仪本身分辩带宽(IF滤波器)形状的显现。当改动RBW时，就改动了显现呼应的宽度。
RBW越小，其频率分辩率越高。RBW减小10倍，则减小10倍的噪声能量抵达检波器，而且显现的均匀噪声电平将减小10dB,反之相反。噪声电平改变ΔdB=10log(RBWnew/RBWold)=10log(1kHz/10kHz)=-10dB.
检波器：它将输入信号功率转换为输出视频电压，该电压值对应输入信号功率。当频谱剖析仪扫频宽度Span=0时，包络检波器将对输入信号进行解调，作为作业在中心频率(CF)，带宽为RBW的接收机(时域方法)，显现信号包络波形。
视频滤波器：是滑润噪声显现的。
它是对检波器输出视频信号进行低通滤波均匀处理来滑润显现的。减小视频带宽(VBW)，可对频谱显现中的噪声颤动进行滑润，然后减小显现颤动的规模。这样有利频谱仪发现淹没在噪声中的小功率接连波(CW)信号，还可进步丈量的重复性。
显现：等效于调幅收音机中的扬声器。咱们看到的每个频率的起伏正是咱们调谐调幅收音机时所听到的每个频率的起伏，信号在频域上作为一个旋转矢量显现，矢量的长度=正弦波的峰值起伏，矢量在其频率轴上的方位=信号频率。
四、调幅信号丈量剖析
调幅波的特点是载波振幅的包络随调制信号而改变，其载波频率fC不变。调幅信号用下式表明为U(t)=AC[1+macos(2πfmt)]
cos(2πfct)(4-1)。式中Ac=决议总信号起伏的常数;m a =调幅深度( 0≤m a≤1 );cos(2πfmt)=归一化调制信号，fm=调制频率;AC[1+macos(2πfmt)]决议载波包络的起伏。fc=载波频率。在时域上，具有正弦起伏调制的载波的波形如图3所示。信号包络改变便是调制信号，这样对包络波形的剖析可反映调幅调制参数。波形包络的最小值和最大值称为Umin和Umax.
调幅系数m a能够从这两个参数算出。当调制正弦波处于它的最大正、负值即±1时，将呈现最大包络电压Umax=1+ma;和最小包络电压Umin=1-ma.求得调幅系数ma=(Umax-Umin)/(Umax+Umin)(4-2)式，或ma=(1-Umin/Umax)/(1+Umin/Umax)(4-3)式。将(4-1)式展开得U(t)=Accos(2πfct)+maAc/2[cos2π(fc+fm)t+cos2π(fc-fm)t](4-4)式。由此可知，在频域上，调幅信号U(t)由起伏为Ac的载波和两个边带组成;一个处在fc+fm,另一个处在fc-fm,两者的起伏均为maAc/2,频谱如图2所示。调制频率fm是载波与其中一个边带的频率差(边带相对载波呈对称)。起伏差对应于调幅系数ma.即相对于载波的边带起伏用dB表明为dBc=20log(ma/2)，则ma=2×10dBc/20.
五、调幅信号丈量实例
频谱剖析仪可用来在频域和时域中表征调幅信号。能够丈量的参数有载波起伏和频率、调制频率以及调幅系数。
设置信号源输出载波频率fc=400MHz,载波起伏0dBm;调制频率fm=100kHz(周期T=10us)，调幅系数ma=50%.将信号源输出接至频谱仪输入丈量调幅信号。频谱仪设置如下：
(1)按【复位】;(2)【频率】、[中心频率]、400[MHz];(3)【起伏】、[参阅电平]、0[dBm];(4)【扫频宽度】、[频宽]、1 [ M H z ];调幅信号频域特性为( 5 )【峰值查找】、标识载波信号;( 6 )【频标】、[Δ频标]、将标识移至调制边带频率方位处，即可测得频率差Δf = f m= 1 0 0 k H z,边带相对于载波的起伏差dBc=-12.04dB,能够求出调幅系数ma=2×10dBc/20=2×10-12.04/20=50%.调幅信号时域特性为(7)按【扫频宽度】、[频宽：零频宽];(8)【带宽】、[RBW:手动]、3[MHz];[VBW:手动]、3[MHz];( 9 )【起伏】、[线性]、[参阅电平]、[↑][↓];调整参阅电平使信号坐落显现中心方位。(10)【扫描】、[扫描时间：
手动]、1 0 0 [ u s ];( 1 1 )【触发】、[视频]、[↑][↓]调整触发电平，使信号安稳显现。(12)【频标】、[惯例频标],丈量包络峰值、[Δ频标]敞开相对丈量，丈量包络峰-峰值。将标识移至相邻峰-峰值，则可测得调制信号周期T=10us,则f m= 1 / T = 1 0 0 k H z.将标识移至相邻峰值-最小值，即可测得线性起伏比Umin/Umax=0.333,代入(4-3)式能够求出调幅系数ma=(1-0.333)/(1+0.333)=1/2=50%.
还可从图3 时域调幅波中可知波形包络Umax=600mV,Umim=200mV,将其代入(4-2)式，得ma=(600-200)/(600+200)=1/2=50%.
六、结语
频谱仪可运用频域和时域两种方法丈量调幅信号。经过叙述频谱剖析仪的作业原理和丈量信号剖析，可正确理解、运用、操作和使用频谱仪。因为篇幅所限，仅对调幅信号进行了丈量剖析，频谱仪还能够对谐波失真、三阶交调、鼓励呼应、相位噪声等多种类型的信号进行频率、功率、带宽、调制等参数丈量剖析。
