技術(shù)文章

    頻譜分析儀是測試測量領(lǐng)域最常用的儀器之一，廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)生活、教學(xué)科研、軍事國防等各個領(lǐng)域，極大的促進(jìn)了社會的發(fā)展進(jìn)步，頻譜分析可以把一個復(fù)雜的時(shí)間上的波形，分解為若干單一的諧波分量，從而得到信號的頻率結(jié)構(gòu)以及各諧波的振幅和相位等信息，是一種將復(fù)雜信號分解為一系列簡單信號的技術(shù)，頻譜分析是從頻域上觀測分析信號，觀測得到的信號信息與信號在時(shí)域、變換域中所攜帶的完全一致，并不會出現(xiàn)任何丟失。

    早期的頻譜儀只是一個掃頻接收機(jī)，通過使用一組窄帶濾波器進(jìn)行濾波檢波，然后不斷的掃頻顯示各個頻段，掃頻帶寬只有80-100MHz，而且整體體積過于龐大，電子器件繁多，使用旋鈕、開關(guān)來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的測量參數(shù)，需要全手動操作，操作繁瑣，使用時(shí)還要預(yù)先規(guī)劃好各項(xiàng)操作。目前隨著采樣技術(shù)、頻率合成技術(shù)的發(fā)展，以及集成電路的應(yīng)用，頻譜分析儀得到了飛速發(fā)展，產(chǎn)品規(guī)格品種日漸繁多，不但減小了產(chǎn)品體積，而且提高了性能，實(shí)現(xiàn)了寬頻段、高分辨率、高靈敏度等高性能，如頻段就提升到18GHz，頻譜儀也開始成為一種高性能多功能的測量儀器。頻譜分析儀對空中、洋底反射的各種聲波、電波信號進(jìn)行頻譜分析，能夠提前預(yù)知遠(yuǎn)處的物體形狀、大小、位置等信息，廣泛的應(yīng)用于雷達(dá)、聲吶等導(dǎo)航系統(tǒng)上。甚至還可以對人體的一些生理信號，如心率、腦電波進(jìn)行頻譜分析，以判斷身體的健康狀況，為疾病的診斷提供數(shù)據(jù)，甚至可以預(yù)防疾病的發(fā)生。

    現(xiàn)代的高性能頻譜儀大多在高頻段采用了掃描外差式的設(shè)計(jì)，通過多級變頻處理，將輸入信號變至較低的中頻上，而在中頻段則采用了FFT式設(shè)計(jì)，對變頻到中頻的信號進(jìn)行A/D采樣量化，變?yōu)閿?shù)字信號，再利用數(shù)字中頻技術(shù)、FFT變換完成頻譜分析。這種設(shè)計(jì)方式結(jié)合了前面討論的頻譜儀原理的各自的優(yōu)勢，發(fā)揮了掃描外差式頻譜儀測量頻率范圍寬，F(xiàn)FT式頻譜儀頻率分辨力強(qiáng)的優(yōu)勢，大大提高了頻譜儀的性能，F(xiàn)FT式頻譜儀在測量速度、精度等方面也在不斷進(jìn)步，尤其是采用帶通采樣定理，以帶通濾波器替換掉低通濾波器，然后進(jìn)行數(shù)字下變頻后再在基帶上進(jìn)行FFT變換，可以實(shí)現(xiàn)對高頻的分頻段的測量，提高了頻率測量上限，擴(kuò)展測量頻帶范圍，利用這種方法測量頻帶帶寬將只受ADC的轉(zhuǎn)換速度的影響。

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