频谱分析仪的工作原理解析详细步骤

频谱分析仪是一种能够将复杂的电信号分解，并直观显示其各个频率成分及其强度的电子测量仪器。其核心工作原理是利用超外差式接收技术，将不同频率的输入信号转换到一个固定的、易于处理的中频，然后进行放大、滤波和检测。以下是其工作原理的详细步骤：

1信号输入与衰减：

待测的射频信号通过输入端口进入仪器。

首先经过一个输入衰减器。它的作用是：

保护仪器内部的敏感元件（如混频器）不被过强的信号烧毁。

优化信号电平，使其适合后续电路处理，减少失真。

2低通滤波或预选滤波：

信号进入一个低通滤波器（针对低端频率）或预选器（一个可调谐的带通滤波器，用于高端频率）。

主要作用是滤除输入信号中可能存在的、频率远高于当前测量范围的带外强干扰信号，防止这些信号在后续混频过程中产生虚假响应（镜像频率干扰）。

3混频（频率转换-核心步骤）：

这是频谱分析的核心。信号与一个由本机振荡器产生的高频信号一起送入混频器。

混频器是一个非线性器件，它会产生输入信号频率与本振频率的和频与差频。

仪器的目标是获取差频信号。通过精心设计，这个差频被设定为一个固定的频率，称为中频（IF，Intermediate Frequency，如3214MHz、16GHz等）。

关键点：本机振荡器的频率是可调的。当本振频率扫描变化时，不同频率的输入信号会依次被“搬移”到这个固定的中频上。

4中频放大与滤波：

混频后得到的中频信号，其频率是固定的。

这个信号被送入中频放大器进行放大。

然后通过一个分辨率带宽（RBW）滤波器。这个滤波器的带宽（如1kHz、10kHz、1MHz）可以调节，它决定了仪器区分两个相邻频率信号的能力。RBW越窄，频率分辨率越高，但扫描速度越慢。

5检波：

经过RBW滤波器的信号，其包络（幅度变化）反映了原始信号在该频率点的强度。

检波器（如峰值检波、平均值检波、取样检波等）将这个中频信号的幅度信息转换成一个与之成正比的直流电压。

6视频滤波：

检波后的直流电压信号可能包含随机噪声波动。

视频滤波器（VBW）是一个低通滤波器，用于平滑这个电压信号，降低显示噪声的起伏，使信号轨迹更平滑，便于观察。VBW通常设置为小于或等于RBW。

7显示：

终的直流电压信号被送到显示器的垂直轴（Y轴），代表信号的幅度（如dBm）。

与此同时，扫描发生器控制着本机振荡器的频率进行线性扫描，这个扫描电压同时送到显示器的水平轴（X轴），代表频率。

通过电子束（模拟）或像素点（数字）的同步扫描，就在屏幕上绘制出一幅频率-幅度图，即我们看到的频谱图。横轴是频率，纵轴是幅度。