中心議題：

• 頻譜分析儀的簡單工作原理
• 頻譜分析儀的頻率分辨力
• 頻率分析儀用於小信號的測量
• 頻譜分析儀的測試林敏度

本(ben)文(wen)簡(jian)單(dan)介(jie)紹(shao)了(le)頻(pin)譜(pu)分(fen)析(xi)儀(yi)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)和(he)頻(pin)譜(pu)分(fen)析(xi)儀(yi)的(de)頻(pin)率(lv)分(fen)辨(bian)力(li)
，提(ti)出(chu)了(le)使(shi)用(yong)頻(pin)譜(pu)分(fen)析(xi)儀(yi)進(jin)行(xing)測(ce)試(shi)時(shi)如(ru)何(he)選(xuan)擇(ze)頻(pin)率(lv)分(fen)辨(bian)力(li)和(he)提(ti)高(gao)測(ce)試(shi)靈(ling)敏(min)度(du)。

一、 頻譜分析儀的簡單工作原理

現在所用的頻譜分析儀多為超外差式
，並采用多次變頻（3～4次），以降低中頻頻率，實現窄通帶和高分辨力。超外差式頻譜分析儀的基本工作原理如圖 1所示。輸入信號與本振（LO）混頻，產生中頻（IF）信(xin)號(hao)經(jing)窄(zhai)帶(dai)中(zhong)放(fang)被(bei)送(song)到(dao)包(bao)絡(luo)檢(jian)波(bo)器(qi)
，檢(jian)波(bo)器(qi)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)被(bei)放(fang)大(da)並(bing)使(shi)屏(ping)幕(mu)顯(xian)示(shi)產(chan)生(sheng)垂(chui)直(zhi)偏(pian)轉(zhuan)
，掃(sao)描(miao)發(fa)生(sheng)器(qi)保(bao)證(zheng)屏(ping)幕(mu)顯(xian)示(shi)的(de)水(shui)平(ping)頻(pin)率(lv)軸(zhou)和(he)本(ben)地(di)振(zhen)蕩(dang)器(qi)調(tiao)諧(xie)同(tong)步(bu)，它(ta)同(tong)時(shi)驅(qu)動(dong)水(shui)平(ping)偏(pian)轉(zhuan)調(tiao)諧(xie)LO。

圖 1　超外差式頻譜分析儀基本工作原理

二、 頻率分辨力

當信號進入頻譜分析儀顯示時

，所顯示的形狀其實是頻譜分析儀自身分辨力帶寬RBW（IF濾波器）形狀的顯示。若改變濾波器的帶寬
，也就改變了顯示波形響應的寬度（如圖 2所示）。頻率分辨力為決定選擇性的最低中頻濾波器的帶寬，帶寬越窄，分辨力越高。

圖 2　不同分辨力帶寬下觀測到的同一信號

濾波器的帶寬通常定義在3dB（或6dB）點上。濾波器的帶寬表示的是，可分辨的等幅信號間的最小頻率間隔。

三、 掩埋在大信號裙邊下的小信號的測量

一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)，若(ruo)兩(liang)等(deng)幅(fu)信(xin)號(hao)的(de)間(jian)隔(ge)大(da)於(yu)或(huo)等(deng)於(yu)所(suo)選(xuan)用(yong)分(fen)辨(bian)力(li)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)寬(kuan)度(du)，兩(liang)個(ge)等(deng)幅(fu)信(xin)號(hao)就(jiu)可(ke)以(yi)分(fen)辨(bian)出(chu)來(lai)了(le)。但(dan)對(dui)於(yu)不(bu)等(deng)幅(fu)信(xin)號(hao)，尤(you)其(qi)是(shi)一(yi)個(ge)大(da)信(xin)號(hao)與(yu)一(yi)個(ge)相(xiang)隔(ge)很(hen)近(jin)的(de)小(xiao)信(xin)號(hao)時(shi)，若(ruo)兩(liang)信(xin)號(hao)的(de)間(jian)隔(ge)隻(zhi)大(da)於(yu)或(huo)等(deng)於(yu)所(suo)選(xuan)用(yong)分(fen)辨(bian)力(li)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)寬(kuan)度(du)，小(xiao)信(xin)號(hao)有(you)可(ke)能(neng)被(bei)掩(yan)埋(mai)在(zai)大(da)信(xin)號(hao)的(de)裙(qun)邊(bian)中(zhong)。因(yin)此(ci)，在(zai)具(ju)體(ti)測(ce)試(shi)確(que)定(ding)分(fen)辨(bian)力(li)大(da)小(xiao)時(shi)，還(hai)需(xu)考(kao)慮(lv)形(xing)狀(zhuang)因(yin)數(shu)（濾波器60dB對3dB帶寬之比，如圖 3所示）。

圖 3　波形因素

例如對於幅度相差60dB、頻率相差為10kHz的兩信號，其間隔至少是60dB帶寬的一半，此時
，形狀係數是決定不等幅信號分辨力的關鍵。對於15：1的形狀因數，1kHz分辨力帶寬對應的60dB帶寬是15kHz。它的一半是7.5kHz。即利用1kHz分辨力帶寬就能區分兩個信號了。所以此時分辨力帶寬（B0）應小於或等於兩倍的信號頻率間隙（Δf）除以形狀因數（K），即B0≤2Δf/K。

圖 4　大信號與小信號同時顯示[page]

zaixuanzejiaoxiaodepinlvfenbianlishixuzhuyi，youyujiaozhaidelvboqisuoxudexiangyingshijianjiaochang。ruosaomiaoshijianshezhidetaikuai，pinpufenxiyidefenbiandaikuanlvboqibunengchongfenxiangying
，huidaozhixinhaofuduhepinlvxianshibuzhengque。weibaozhengdushuzhengque，xuanxiashishezhisaomiaoshijian：

也可將掃描時間設為聯鎖（coupled）方式，由儀表根據選取的頻率間隔和分辨帶寬自動選取最快的可允許的掃描時間。

四、 測試靈敏度

zaiceliangdaxinhaoshi

，yibanbuxukaolvceshilingmindu。danzaiceshixiaoxinhaoshi
，rubuzhuyi
，huishixiaoxinhaoyanmaizaiyipianzaoshengzhizhong
，wufaguancedao。cishipinpuyideceshilingmindujiubiandeshifenzhongyaole。

頻譜分析儀的靈敏度定義為在一定的分辨帶寬下顯示的平均噪聲電平（平均指的是視頻帶寬足夠窄去平均信號加噪聲或僅僅噪聲）。我們講的測試靈敏度指的是可以測試的最小信號，一般比本機噪聲大4～5dB，也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)測(ce)試(shi)靈(ling)敏(min)度(du)主(zhu)要(yao)由(you)本(ben)機(ji)噪(zao)聲(sheng)決(jue)定(ding)。由(you)於(yu)頻(pin)譜(pu)儀(yi)自(zi)身(shen)產(chan)生(sheng)的(de)噪(zao)聲(sheng)大(da)部(bu)分(fen)來(lai)自(zi)中(zhong)頻(pin)放(fang)大(da)器(qi)的(de)第(di)一(yi)級(ji)，它(ta)是(shi)寬(kuan)帶(dai)白(bai)噪(zao)聲(sheng)
，即(ji)它(ta)在(zai)整(zheng)個(ge)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)電(dian)平(ping)是(shi)平(ping)坦(tan)的(de)隨(sui)機(ji)噪(zao)聲(sheng)
，與(yu)分(fen)辨(bian)帶(dai)寬(kuan)濾(lv)波(bo)器(qi)相(xiang)比(bi)它(ta)的(de)頻(pin)帶(dai)是(shi)寬(kuan)的(de)。因(yin)此(ci)，分(fen)辨(bian)力(li)帶(dai)寬(kuan)濾(lv)波(bo)器(qi)隻(zhi)通(tong)過(guo)一(yi)小(xiao)部(bu)分(fen)噪(zao)聲(sheng)能(neng)量(liang)到(dao)包(bao)洛(luo)檢(jian)波(bo)器(qi)。如(ru)果(guo)分(fen)辨(bian)帶(dai)寬(kuan)增(zeng)加(jia)或(huo)減(jian)小(xiao)10倍，則增加或減小10倍的噪聲能量到達檢波器，並且顯示的噪聲電平將增加或減小10，如圖 5所示。

圖 5　小信號與噪聲電平

顯示的噪聲電平和分辨力帶寬之間的關係是：頻譜分析儀的噪聲是在一定的分辨帶寬下定義的。頻譜分析儀的最低噪聲電平是在最小分辨帶寬下得到的。

但dan在zai決jue定ding測ce試shi靈ling敏min度du時shi還hai需xu考kao慮lv輸shu入ru衰shuai減jian器qi。既ji然ran內nei部bu噪zao聲sheng主zhu要yao取qu決jue於yu中zhong放fang第di一yi級ji，因yin此ci輸shu入ru衰shuai減jian器qi不bu影ying響xiang內nei部bu噪zao聲sheng電dian平ping。但dan是shi，輸shu入ru衰shuai減jian器qi影ying響xiang加jia到dao混hun頻pin器qi的de信xin號hao電dian平ping
，並bing降jiang低di信xin噪zao比bi。這zhe是shi由you於yu當dang衰shuai減jian器qi降jiang低di加jia到dao檢jian波bo器qi的de信xin號hao電dian平ping時shi，中zhong放fang（IF）增益同時增加10來補償這個損失
，使顯示的信號電平不隨衰減增加而下降，顯示幅度保持不變。但是，噪聲電平被放大，增加了10。

綜上所述，測試靈敏度由下列條件決定：

1. 最窄的分辨帶寬
2. 最小的輸入衰減（由於0dB輸入衰減會增加輸入駐波比，降低測量精度。我們一般選取10的輸入衰減）。
3. 充分利用視頻濾波器（視頻帶寬0.1～0.01分辨帶寬）。