實(shí)時(shí)頻譜分析儀工作原理

什么是實(shí)時(shí)頻譜分析儀？

所謂實(shí)時(shí)頻譜分析儀（實(shí)時(shí)頻譜儀）就是指能實(shí)時(shí)顯示信號(hào)在某一時(shí)刻的頻率成分及相應(yīng)幅度的分析儀。

在實(shí)時(shí)頻譜儀中具體又分為并聯(lián)濾波器型和FFT(快速傅里葉變換)型兩種。

1、并聯(lián)濾波器型實(shí)時(shí)頻譜儀（實(shí)時(shí)頻譜分析儀）

并聯(lián)濾波器頻譜分析儀是一種真正的實(shí)時(shí)頻譜分析儀，其工作原理如下圖：

    被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)帶寬放大后，由多路分配器分送至多個(gè)帶通濾波器，每個(gè)濾波器從被測(cè)信號(hào)選出需要的頻譜分量，經(jīng)檢波器檢波后，送到各顯示器并保持顯示。在設(shè)計(jì)和制作這種實(shí)時(shí)頻譜分析儀時(shí)，每個(gè)濾波器的中心頻率調(diào)諧在頻譜內(nèi)的不同頻率上，這就要求濾波器的帶通很窄，濾波器的特性曲線接近矩形，且各濾波器的帶通頻率范圍要適當(dāng)重疊。使頻譜分析儀能夠覆蓋整個(gè)頻率范圍，被測(cè)信號(hào)中任何一個(gè)頻譜成分不被遺漏，又能使被測(cè)信號(hào)中的不同頻率成分在不同顯示器上顯示。這樣各顯示器上所指示的是被測(cè)信號(hào)在該時(shí)刻所具有的頻譜分布情況。這種分析儀的優(yōu)點(diǎn)是所有的濾波器在所有的時(shí)間內(nèi)都和輸入的被測(cè)信號(hào)連接，可以瞬時(shí)檢測(cè)和顯示瞬變的不確定信號(hào)，且測(cè)量速度快，動(dòng)態(tài)范圍寬和幅度測(cè)量準(zhǔn)確度高等，其缺點(diǎn)是工作頻率范圍低，大約在100KHz，這是由于該分析儀能顯示的離散頻譜的數(shù)目取決于濾波器的數(shù)目，而實(shí)時(shí)頻譜分析儀的分辨率帶寬取決于濾波器的帶寬，可以設(shè)想頻率范圍覆蓋至100KHz，分辨率為1KHz的實(shí)時(shí)頻譜分析儀就需要100個(gè)濾波器和顯示器，這說(shuō)明該類(lèi)實(shí)時(shí)頻譜分析儀的價(jià)格是非常昂貴的，典型的并聯(lián)濾波器實(shí)時(shí)頻譜分析儀采樣32個(gè)濾波器來(lái)折中成本和分辨率。

2、快速傅里葉變換（FFT）實(shí)時(shí)頻譜分析儀

快速傅里葉變換算法可以把某一個(gè)時(shí)刻的時(shí)間函數(shù)f（t）轉(zhuǎn)換成頻率函數(shù)s（w）,FFT實(shí)時(shí)頻譜分析儀的方框圖如下圖：

   在FFT實(shí)時(shí)頻譜分析儀中，首先是時(shí)域?qū)Ρ粶y(cè)信號(hào)進(jìn)行采樣，經(jīng)過(guò)高速A/D轉(zhuǎn)換和快速傅里葉分析計(jì)算后，不僅可以確定幅度-頻率函數(shù)，還可以確定確定相位-頻率函數(shù)，從而獲得被測(cè)信號(hào)的頻率、幅度和相位信息，故可對(duì)非周期信號(hào)和瞬態(tài)信號(hào)進(jìn)行頻域分析。

   FFT實(shí)時(shí)頻譜分析儀的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是能夠快速地捕獲和分析掃頻式頻譜儀不能捕獲的瞬變的單次出現(xiàn)的信號(hào)，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能測(cè)量幅度和相位。缺點(diǎn)是FFT實(shí)時(shí)頻譜分析儀受A/D轉(zhuǎn)換采樣速率的限制，由于技術(shù)的快速發(fā)展，其A/D和采樣速率都有很大提升，眾多廠商也紛紛不斷推出自己的實(shí)時(shí)頻譜分析儀；如：是德科技的RTSA系列實(shí)時(shí)頻譜分析儀、R&S的FSVR系列實(shí)時(shí)頻譜分析儀、TEK的RS系列實(shí)時(shí)頻譜分析儀、Signal Hound便攜式實(shí)時(shí)頻譜分析儀、安諾尼的手持式實(shí)時(shí)頻譜分析儀、邁克尼斯的手持式實(shí)時(shí)頻譜分析儀等等；實(shí)時(shí)帶寬更是達(dá)到了200MHz.