【鼎阳硬件智库原创︱测试测量 】基于全数字中频技术频谱分析仪的工作原...
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发布时间：2024-10-04 20:08
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时间：2024-10-04 21:20
频谱分析仪，作为射频工程师不可或缺的工具，被誉为射频领域的“频域第一仪器”。然而，对于长期习惯时域思维的工程师来说，对频谱仪的原理了解并不深入，而射频领域的工程师在询问示波器问题时，也会表现出初学者般的迷茫。
频谱仪原理概述
频谱仪从实现技术上可分为FFT分析仪和超外差扫频式频谱分析仪两大类。市面上几乎所有的频谱仪都是基于“超外差扫频”技术实现的。数字技术，特别是FPGA技术的发展，使得早期的全模拟频谱仪逐渐被淘汰，但业界并未将基于全数字中频技术的频谱仪称为数字频谱仪。这种仪器在发展中带来了技术突破，尤其是在实时频谱仪上的应用，通过Overlap FFT技术结合频域模板触发，满足了新的测量需求。
基于全数字中频技术的频谱仪原理
鼎阳科技的SSA3000X系列频谱仪正是基于全数字中频技术实现的。该仪器由模拟部分和数字部分组成。模拟部分将输入信号转换为模数转换器（ADC）可以接受的电压范围和频率范围以实现数字化。数字部分对离散化之后的数字信号进行一系列处理，包括中频滤波、检波、视频滤波等，最终在屏幕上显示。
混频器在频谱仪中的作用
混频器在频谱仪中扮演着关键角色，通过“超外差扫频”变换将输入信号的频率范围从广谱转换为相对较小的频率范围，以便被ADC采样。混频之后的信号再经过放大和滤波处理后送给ADC进行离散化转换为数字信号，然后通过混频器进行数字下变频转变为基带信号，经过中频滤波器或FFT分析处理，最后通过检波器和视频滤波器处理后在屏幕上显示。
理解超外差扫频
超外差扫频是频谱仪的核心原理，它通过改变输入信号的频率来实现不同频率点的功率测量。混频器在此过程中发挥关键作用，它不仅将信号频率搬移，还生成了多个频率成分，包括输入信号频率的和与差。为了解决混频器输出信号中的镜像频率问题，频谱仪通常采用多级混频，以确保测量的准确性。
衰减器、放大器和滤波器的关键作用
频谱仪中使用的模拟器件如衰减器、放大器和滤波器，它们的特性对测量的精度和动态范围有着重要影响。衰减器、前置放大器和中频放大器的协同工作，确保混频器获得最佳输入电平，同时保持信号不失真。中频滤波器、视频滤波器以及数字中频滤波器（如FFT）在频谱仪中分别发挥着过滤、平滑和解析信号的职责，确保测量结果的准确性。
检波器的多样性
检波器是频谱仪中用于确定信号幅度的关键组件。在数字方式实现的检波器中，有多种算法可以产生单个样本点，包括最大峰值检波、最小峰值检波、自动峰值检波等。这些算法的选择直接影响到测量结果的准确性。
专业术语解析
对于频谱仪的术语，理解起来可能会遇到一些挑战。例如，超外差、中频滤波器、视频滤波器和对数放大器的命名，从字面上理解并不直观。超外差源自其在处理频率范围时的特性；中频滤波器在基带和射频信号间起桥梁作用；视频滤波器实质上是一个低通滤波器，而对数放大器在数字方式下实现了量纲转换的功能。
