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實(shí)時(shí)頻譜分析儀
日期：2025-08-02 14:43
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摘要：
實(shí)時(shí)頻譜分析儀
實(shí)時(shí)頻譜分析儀
實(shí)時(shí)頻譜分析儀
中文名
實(shí)時(shí)頻譜分析儀
外文名
Real-time spectrum analyzer
設(shè) 備
工作中的常用儀器
實(shí) 質(zhì)
電子工程師完成頻譜觀測(cè)
1定義編輯
頻譜分析儀是射頻微波設(shè)計(jì)和測(cè)試工作中的常用儀器，它能夠幫助電子工程師完成頻譜觀測(cè)、功率測(cè)量以及復(fù)雜信號(hào)解調(diào)分析等工作。傳統(tǒng)上一般將頻譜儀分為三類：掃頻式頻譜儀，矢量信號(hào)分析儀和實(shí)時(shí)頻譜分析儀。實(shí)時(shí)頻譜分析儀是隨著現(xiàn)代FPGA技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新式頻譜分析儀，與傳統(tǒng)頻譜儀相比，它的*大特點(diǎn)在于在信號(hào)處理過(guò)程中能夠完全利用所采集的時(shí)域采樣點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的頻譜測(cè)量及觸發(fā)。由于實(shí)時(shí)頻譜儀具備無(wú)縫處理能力，使得它在頻譜監(jiān)測(cè)，研發(fā)診斷以及雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用。
2特性編輯
實(shí)時(shí)頻譜分析儀普遍采用快速傅里葉變換（FFT）來(lái)實(shí)現(xiàn)頻譜測(cè)量。FFT技術(shù)并不是實(shí)時(shí)頻譜儀的**，其在傳統(tǒng)的掃頻式頻譜儀上亦有所應(yīng)用。但是實(shí)時(shí)頻譜儀所采用的FFT技術(shù)與之相比有著許多不同之處，同時(shí)其測(cè)量方式和顯示結(jié)果也有所不同：
- 高速測(cè)量：頻譜儀分析儀的信號(hào)處理過(guò)程主要包括兩步，即數(shù)據(jù)采樣和信號(hào)處理。實(shí)時(shí)頻譜儀為了保證信號(hào)不丟失，其信號(hào)處理速度需要高于采樣速度。
- 恒定的處理速度：為了保證信號(hào)處理的連續(xù)性和實(shí)時(shí)性，實(shí)時(shí)頻譜儀的處理速度必須保持很定。傳統(tǒng)頻譜儀的FFT計(jì)算在CPU中進(jìn)行，容易受到計(jì)算機(jī)中其它程序和任務(wù)的干擾。實(shí)時(shí)頻譜儀普遍采用專用FPGA進(jìn)行FFT計(jì)算，這樣的硬件實(shí)現(xiàn)既可以保證高速性，又可以保證速度穩(wěn)定性。
- 頻率模板觸發(fā)（Frequency Mask Trigger）：FMT是實(shí)時(shí)頻譜儀的主要特性之一，它能夠根據(jù)特定頻譜分量大小作為觸發(fā)條件，從而幫助工程師觀察特定時(shí)刻的信號(hào)形態(tài)。傳統(tǒng)的掃頻式頻譜儀和矢量信號(hào)分析儀一般只具備功率或者電平觸發(fā)，不能根據(jù)特定頻譜的出現(xiàn)情況觸發(fā)測(cè)量，因此對(duì)轉(zhuǎn)瞬即逝的偶發(fā)信號(hào)無(wú)能為力。因此傳統(tǒng)掃頻頻譜儀和實(shí)時(shí)頻譜分析儀各自有著自己的應(yīng)用場(chǎng)景。
- 豐富的顯示功能：傳統(tǒng)頻譜儀的顯示專注在頻率和幅度的二維顯示，只能觀察到測(cè)量時(shí)刻的頻譜曲線。而實(shí)時(shí)頻譜儀普遍具備時(shí)間，頻率，幅度的三維顯示，甚至支持?jǐn)?shù)字余輝和頻譜密度顯示，從而幫助測(cè)試者觀察到信號(hào)的前后變化及長(zhǎng)時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
3關(guān)鍵指標(biāo)編輯
當(dāng)前的實(shí)時(shí)頻譜儀部分是專用的儀表，部分可通過(guò)傳統(tǒng)的頻譜儀升級(jí)實(shí)現(xiàn)。實(shí)時(shí)頻譜儀和傳統(tǒng)頻譜儀有共同的指標(biāo)，例如頻率，分析帶寬，動(dòng)態(tài)范圍等；同時(shí)也有自己獨(dú)特的指標(biāo)，例如FFT速度，*短截獲時(shí)間等，其主要指標(biāo)包含：
頻率：頻譜儀分析儀能檢測(cè)的*高頻率值，一般無(wú)線通信要求的頻率上限在十幾個(gè)GHz，**，航天類型的應(yīng)用要求在50GHz以上，甚至達(dá)到100GHz以上。
分析帶寬：頻譜儀能夠同時(shí)分析的*大信號(hào)頻率范圍，一般取決于其中頻ADC的帶寬*高，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在頻譜儀的分析帶寬已經(jīng)從*初的幾十MHz增加到一百M(fèi)Hz以上。對(duì)于實(shí)時(shí)頻譜儀而言，分析帶寬越寬，其ADC的采樣率越高，實(shí)時(shí)FFT計(jì)算的要求也越高。
無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）：衡量頻譜儀同時(shí)觀察大小信號(hào)的能力，該參數(shù)一般取決于頻譜儀的底噪，ADC位數(shù)等。
100%截獲信號(hào)持續(xù)時(shí)間：實(shí)時(shí)頻譜儀雖然適合觀察瞬態(tài)信號(hào)，但是對(duì)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間也有特定要求，高于一定持續(xù)時(shí)間的信號(hào)能夠被100%地準(zhǔn)確測(cè)量到；低于該時(shí)間的信號(hào)可能會(huì)被捕獲，但是幅度精度不能保證。
FFT計(jì)算速度：頻譜儀里面的FPGA硬件進(jìn)行FFT計(jì)算的速度。
4主要應(yīng)用編輯
實(shí)時(shí)頻譜分析儀能夠在實(shí)時(shí)分析帶寬之內(nèi)無(wú)縫地進(jìn)行FFT計(jì)算和頻譜觸發(fā)，因此十分有利于瞬態(tài)信號(hào)和的捕獲和分析，在頻譜監(jiān)測(cè)，雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，跳頻電臺(tái)測(cè)試，振蕩器研發(fā)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。以下是幾種典型應(yīng)用場(chǎng)景下的測(cè)試效果：
圖2. 跳頻雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)
圖3. 脈沖信號(hào)時(shí)域頻域分析
圖4. 振蕩器鎖定過(guò)程分析
