頻譜儀基礎（一）--- 頻譜儀的架構
無線電通信中最常見的測量任務之一是測試信號的頻域特性。因此頻譜分析儀作為更廣泛和更寬的RF測量工具，其覆蓋頻率范圍高達 40GHz 及以上，頻譜分析測量，幾乎可以用于所有無線應用開發、生產、安裝和有線通信維護工作。隨著移動通信的發展，一些主要關鍵指標，例如顯示的平均噪聲電平、動態范圍和頻率范圍和其他有關功能的嚴格要求和測量速度脫穎而出。本小節，主要內容是簡述頻譜分析儀的構成基礎。
由于可用 A/D 轉換器的帶寬有限，FFT分析僅可用于低頻信號的測量。為了實現對微波或毫米波的高頻信號的頻譜分析，就必須使用帶有頻率轉換的分析儀。在這種情況下輸入信號的頻譜不是根據時間特征計算的，而是直接通過頻域分析確定。新的構架中必須要有頻率的轉換部分才能完成高頻信號的分析。如圖1所示，由可變濾波器構成的頻率分析儀。
其濾波器帶寬對應分析儀分辨率帶寬 (RBW)。分辨率帶寬越小（越窄），分析儀的實際分辨率就越高。同時窄帶濾波器在整個輸入頻率范圍內是可調，但是現代頻譜分析儀在技術上并不可行，比如10Hz~7GHz，所使用的可變濾波器無法實現。但是其可變濾波器的想法，在IF信號的分辨率帶寬處理中，得到比較好的應用。
圖1 可變濾波器構成的頻率分析儀
2.超外差式頻譜分析儀因此，根據上小節的分析，用于高輸入頻率范圍的頻譜分析儀通常采用超外差接收器的工作原理。如圖2所示超外差式頻譜分析儀實現。
圖2 超外差式頻譜分析儀實現
“超外差”是指將射頻輸入信號與本地振蕩器產生地信號相乘或差拍，即由混頻器后的中頻濾波器選出射頻信號與本振信號頻率兩者的和頻或差頻。所謂超外差就是把射頻RF和本地振蕩器頻率LO進行混頻，混頻后輸出結果在頻域上表示，就是LO-RF和LO+RF，其中IF=LO-RF，就是中頻輸出，例如混頻器輸入為1000MHz，本地振蕩器頻率為1010.7MHz，那么混頻結果為2010.7MHz和10.7MHz中頻，此時超外差頻率就是10.7MHz。
外差接收器在混頻器的幫助下將輸入信號（RF）轉換到中頻 (IF)。如果本振（LO）頻率可調，那么整個輸入頻率范圍可以改變 LO的 頻率，使得最終轉換為恒定的中頻信號。
采用超外差的接收機的構架的頻譜分析，混頻之后具有固定中心頻率的 IF，之后通過中頻的帶通濾波器中。這個帶通濾波器的中心頻率是不變的，而其帶寬BW是可變的，通過改變中頻濾波器的BW，即可實現頻譜儀的分辨率（RBW）可變。
為了允許更寬的輸入功率功率范圍顯示在頻譜的屏幕上，信號通過中頻濾波器之后，進行對數放大和檢波，最后通過LPF（低通濾波器帶寬就是VBW）完成頻率的顯示，通過改變LO的掃頻頻率，從才開始頻率掃描到截止頻率，即可完成對整個頻譜帶寬的掃描，LO的掃描原理如圖3所示。以上就是對頻譜采用超外差構架的簡要描述。
圖3 掃頻通過中頻濾波器
在現在的頻譜分析儀中，大部分是采用ADC進行數據采集，DSP負責數據的處理和頻譜的顯示控制，替代了原來的顯像管顯示頻譜，是的現代頻譜分析儀更為數字化，同時一些模擬端的功能可以移入到DSP中實現，比如采用數字濾波器實現VBW和RBW的可變，同時在本振的處理上，采用PLL+VCO的構架，使其具有更高的本振頻率和更快的掃頻速度。
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