頻譜分析儀是研究電信號頻譜結(jié)構(gòu)的儀器，用于信號失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號參數(shù)的測量，可用以測量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù)，是一種多用途的電子測量儀器。它又可稱為頻域示波器、跟蹤示波器、分析示波器、諧波分析器、頻率特性分析儀或傅里葉分析儀等。現(xiàn)代頻譜分析儀能以模擬方式或數(shù)字方式顯示分析結(jié)果，能分析1赫以下的甚低頻到亞毫米波段的全部無線電頻段的電信號。儀器內(nèi)部若采用數(shù)字電路和微處理器，具有存儲(chǔ)和運(yùn)算功能;配置標(biāo)準(zhǔn)接口，就容易構(gòu)成自動(dòng)測試系統(tǒng)。

用DFT/FFT對信號進(jìn)行頻譜分析誤差主要表現(xiàn)在三個(gè)方面

即：

1. 頻譜混疊現(xiàn)象;

2. 柵欄效應(yīng);

3. 截?cái)嘈?yīng)，截?cái)嘈?yīng)又包括頻譜泄漏和譜間干擾。

FSL頻譜分析儀

1、頻譜混疊：

奈奎斯特定理已被眾所周知了，所以幾乎所有人的都知道為了不讓頻譜混疊，理論上采樣頻譜大于等于信號的最高頻率。那和時(shí)域上聯(lián)系起來的關(guān)系是什么呢?

采樣周期的倒數(shù)是頻譜分辨率，最高頻率的倒數(shù)是采樣周期。

設(shè)定采樣點(diǎn)數(shù)為N，采樣頻率fs，最高頻率fh，故頻譜分辨率f=fs/N,而fs>=2fh，所以可以看出最高頻率與頻譜分辨率是相互矛盾的，提高頻譜分辨率f的同時(shí)，在N確定的情況下必定會(huì)導(dǎo)致最高頻率fh的減小;同樣的，提高最高頻率fh的同時(shí)必會(huì)引起f的增大，即分辨率變大。

2、柵欄效應(yīng)：

由于dft是只取k=0,1,2,…….N-1,只能取到離散值，如果頻譜之間相隔較大的話也許會(huì)將一些中間的信息丟失掉，而用fft計(jì)算dft是不可避免的，解決的辦法就是增加采樣點(diǎn)數(shù)N。這樣頻譜間隔變小，丟失信息的概率減小。

另外，增加0可以更細(xì)致觀察頻域上的信號，但不會(huì)增加頻譜分辨率。

這里有補(bǔ)零對分辨率的影響。

R&S FSH8 手持式頻譜分析儀

3、截?cái)嘈?yīng)

截?cái)嘈?yīng)又包括頻譜泄漏和譜間干擾。

頻譜泄露：是由加窗函數(shù)引起的，同樣是計(jì)算量的問題(用fft用dft必需要加窗函數(shù))，時(shí)域上的相乘，頻域上卷積，引起信號的頻譜失真，只有在很少的情況下，頻譜泄露是不會(huì)發(fā)生的，大部分情況都會(huì)引起泄露。如x(n)=cos(2π/N),(n=0,1,2,3…..N-1,) N點(diǎn)的fft則不會(huì)發(fā)生泄露，但2N，或N+1，N+2等均會(huì)引起失真，而引起失真可以從表達(dá)式上可以看出 X(K)=卷積以后的頻譜在2π/N*k的 取樣值，所以如果是2N的dft，為2π/2NK,相當(dāng)于N點(diǎn)dft結(jié)果各個(gè)值中間再取樣了一個(gè)值，而2π/(N+2)k,就與N點(diǎn)fft完全不一樣了。

解決辦法：可以采用截?cái)嚅L度T0更長，即擴(kuò)大窗函數(shù)的寬度(時(shí)域上的寬了，頻域上就窄了，T0=N/fs(時(shí)域頻域有相對性)，也就是泄露的能量就小了)，或者不要加矩形的窗函數(shù)，可以加緩變的窗函數(shù)，也可以讓泄露的能量變小。例如海明窗可以使窗的旁瓣更小，海明窗第一旁瓣幅度比矩形窗的第一旁瓣要小32dB, 這樣譜間串?dāng)_會(huì)大大減小，但是其第一主瓣寬度則變成8pi/N,增加了一倍，又會(huì)降低頻率分辨率。

因?yàn)樾孤稌?huì)造成頻譜的擴(kuò)大，所以也可能會(huì)造成頻譜混疊的現(xiàn)象，而泄露引起的后果就是降低頻譜分辨率。

4、譜間干擾

頻譜泄露會(huì)令主譜線旁邊有很多旁瓣，這就會(huì)造成譜線間的干擾，更嚴(yán)重就是旁瓣的能量強(qiáng)到分不清是旁瓣還是信號本身的，這就是所謂的譜間干擾。

以上就是頻譜分析儀對信號進(jìn)行頻譜分析誤差解析，由安泰測試整理發(fā)布。

審核編輯：湯梓紅