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1、傳統(tǒng)頻譜分析儀
傳統(tǒng)的頻譜分析儀的前端電路是一定帶寬內(nèi)可調(diào)諧的接收機,輸入信號經(jīng)變頻器變頻后由低通濾器輸出,濾波輸出作為垂直分量,頻率作為水平分量,在示波器屏幕上繪出坐標圖,就是輸入信號的頻譜圖。由于變頻器可以達到很寬的頻率,例如30Hz-30GHz,與外部混頻器配合,可擴展到100GHz以上,頻譜分析儀是頻率覆蓋最寬的測量儀器之一。無論測量連續(xù)信號或調(diào)制信號,頻譜分析儀都是很理想的測量工具。但是,傳統(tǒng)的頻譜分析儀也有明顯的缺點,它只能測量頻率的幅度,缺少相位信息,因此屬于標量儀器而不是矢量儀器。
2、現(xiàn)代頻譜分析儀
基于快速傅里葉變換(FFT)的現(xiàn)代頻譜分析儀，通過傅里葉運算將被測信號分解成分立的頻率分量,達到與傳統(tǒng)頻譜分析儀同樣的結(jié)果,。這種新型的頻譜分析儀采用數(shù)字方法直接由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)對輸入信號取樣,再經(jīng)FFT處理后獲得頻譜分布圖�！�
在這種頻譜分析儀中，為獲得良好的儀器線性度和高分辨率,對信號進行數(shù)據(jù)采集時 ADC的取樣率最少等于輸入信號最高頻率的兩倍,亦即頻率上限是100MHz的實時頻譜分析儀需要ADC有200MS/S的取樣率。
目前半導(dǎo)體工藝水平可制成分辨率8位和取樣率4GS/S的ADC或者分辨率12位和取樣率800MS/S的ADC,亦即,原理上儀器可達到2GHz的帶寬，為了擴展頻率上限,可在ADC前端增加下變頻器,本振采用數(shù)字調(diào)諧振蕩器。這種混合式的頻譜分析儀可擴展到幾GHz以下的頻段使用。
FFT的性能用取樣點數(shù)和取樣率來表征,例如用100KS/S的取樣率對輸入信號取樣1024點,則最高輸入頻率是50KHz和分辨率是50Hz。如果取樣點數(shù)為2048點,則分辨率提高到25Hz。由此可知,最高輸人頻率取決于取樣率,分辨率取決于取樣點數(shù)。FFT運算時間與取樣,點數(shù)成對數(shù)關(guān)系,頻譜分析儀需要高頻率、高分辨率和高速運算時,要選用高速的FFT硬件,或者相應(yīng)的數(shù)字信號處理器(DSP)芯片。例如,10MHz輸入頻率的1024點的運算時間80μs,而10KHz的1024點的運算時間變?yōu)?4ms,1KHz的1024點的運算時間增加至640ms。當(dāng)運算時間超過200ms時,屏幕的反應(yīng)變慢,不適于眼睛的觀察,補救辦法是減少取樣點數(shù),使運算時間降低至200ms以下。
3、用FFT計算信號頻譜的算法
離散付里葉變換X(k)可看成是z變換在單位圓上的等距離采樣值
同樣，X（k）也可看作是序列付氏變換X（ejω）的采樣，采樣間隔為ωN=2π/N
由此看出，離散付里葉變換實質(zhì)上是其頻譜的離散頻域采樣，對頻率具有選擇性（ωk=2πk/N），在這些點上反映了信號的頻譜。
根據(jù)采樣定律，一個頻帶有限的信號，可以對它進行時域采樣而不丟失任何信息，F(xiàn)FT變換則說明對于時間有限的信號（有限長序列），也可以對其進行頻域采樣，而不丟失任何信息。所以只要時間序列足夠長，采樣足夠密，頻域采樣也就可較好地反映信號的頻譜趨勢，所以FFT可以用以進行連續(xù)信號的頻譜分析
