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實時頻譜分析儀
日期：2025-12-07 17:58
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摘要：
實時頻譜分析儀
實時頻譜分析儀
實時頻譜分析儀
中文名
實時頻譜分析儀
外文名
Real-time spectrum analyzer
設 備
工作中的常用儀器
實 質
電子工程師完成頻譜觀測
1定義編輯
頻譜分析儀是射頻微波設計和測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、功率測量以及復雜信號解調分析等工作。傳統(tǒng)上一般將頻譜儀分為三類：掃頻式頻譜儀，矢量信號分析儀和實時頻譜分析儀。實時頻譜分析儀是隨著現代FPGA技術發(fā)展起來的一種新式頻譜分析儀，與傳統(tǒng)頻譜儀相比，它的*大特點在于在信號處理過程中能夠完全利用所采集的時域采樣點，從而實現無縫的頻譜測量及觸發(fā)。由于實時頻譜儀具備無縫處理能力，使得它在頻譜監(jiān)測，研發(fā)診斷以及雷達系統(tǒng)設計中有著廣泛的應用。
2特性編輯
實時頻譜分析儀普遍采用快速傅里葉變換（FFT）來實現頻譜測量。FFT技術并不是實時頻譜儀的**，其在傳統(tǒng)的掃頻式頻譜儀上亦有所應用。但是實時頻譜儀所采用的FFT技術與之相比有著許多不同之處，同時其測量方式和顯示結果也有所不同：
- 高速測量：頻譜儀分析儀的信號處理過程主要包括兩步，即數據采樣和信號處理。實時頻譜儀為了保證信號不丟失，其信號處理速度需要高于采樣速度。
- 恒定的處理速度：為了保證信號處理的連續(xù)性和實時性，實時頻譜儀的處理速度必須保持很定。傳統(tǒng)頻譜儀的FFT計算在CPU中進行，容易受到計算機中其它程序和任務的干擾。實時頻譜儀普遍采用專用FPGA進行FFT計算，這樣的硬件實現既可以保證高速性，又可以保證速度穩(wěn)定性。
- 頻率模板觸發(fā)（Frequency Mask Trigger）：FMT是實時頻譜儀的主要特性之一，它能夠根據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刻的信號形態(tài)。傳統(tǒng)的掃頻式頻譜儀和矢量信號分析儀一般只具備功率或者電平觸發(fā)，不能根據特定頻譜的出現情況觸發(fā)測量，因此對轉瞬即逝的偶發(fā)信號無能為力。因此傳統(tǒng)掃頻頻譜儀和實時頻譜分析儀各自有著自己的應用場景。
- 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，只能觀察到測量時刻的頻譜曲線。而實時頻譜儀普遍具備時間，頻率，幅度的三維顯示，甚至支持數字余輝和頻譜密度顯示，從而幫助測試者觀察到信號的前后變化及長時間統(tǒng)計結果。
3關鍵指標編輯
當前的實時頻譜儀部分是專用的儀表，部分可通過傳統(tǒng)的頻譜儀升級實現。實時頻譜儀和傳統(tǒng)頻譜儀有共同的指標，例如頻率，分析帶寬，動態(tài)范圍等；同時也有自己獨特的指標，例如FFT速度，*短截獲時間等，其主要指標包含：
頻率：頻譜儀分析儀能檢測的*高頻率值，一般無線通信要求的頻率上限在十幾個GHz，**，航天類型的應用要求在50GHz以上，甚至達到100GHz以上。
分析帶寬：頻譜儀能夠同時分析的*大信號頻率范圍，一般取決于其中頻ADC的帶寬*高，隨著微電子技術的發(fā)展，現在頻譜儀的分析帶寬已經從*初的幾十MHz增加到一百MHz以上。對于實時頻譜儀而言，分析帶寬越寬，其ADC的采樣率越高，實時FFT計算的要求也越高。
無雜散動態(tài)范圍（SFDR）：衡量頻譜儀同時觀察大小信號的能力，該參數一般取決于頻譜儀的底噪，ADC位數等。
100%截獲信號持續(xù)時間：實時頻譜儀雖然適合觀察瞬態(tài)信號，但是對信號的持續(xù)時間也有特定要求，高于一定持續(xù)時間的信號能夠被100%地準確測量到；低于該時間的信號可能會被捕獲，但是幅度精度不能保證。
FFT計算速度：頻譜儀里面的FPGA硬件進行FFT計算的速度。
4主要應用編輯
實時頻譜分析儀能夠在實時分析帶寬之內無縫地進行FFT計算和頻譜觸發(fā)，因此十分有利于瞬態(tài)信號和的捕獲和分析，在頻譜監(jiān)測，雷達系統(tǒng)設計，跳頻電臺測試，振蕩器研發(fā)等領域有著廣泛的應用。以下是幾種典型應用場景下的測試效果：
圖2. 跳頻雷達信號檢測
圖3. 脈沖信號時域頻域分析
圖4. 振蕩器鎖定過程分析
