超外差頻譜分析儀，也稱為掃描或掃描頻譜分析儀，是第一種使用的頻譜分析儀形式。

從本質上講，超外差頻譜分析儀或掃描/掃描頻譜分析儀是一種無線電接收器，在輸出端有一個顯示屏，指示輸出電平。在所需范圍內對接收機進行調諧或掃描，并選擇濾波器以接受所需的信號帶寬。

頻譜分析儀使用許多無線電接收機中使用的超外差原理作為其操作所依賴的基本原理。超外差原理使用混頻器，此外還使用本地生成或本地振蕩器來轉換頻率。

掃描/掃描頻譜分析儀的優缺點

與其他類型的頻譜分析儀相比，掃描或掃描頻譜分析儀具有許多優點和缺點。在選擇合適的類型時，有必要了解它們之間的差異及其相對優點。

另一種主要類型的頻譜分析儀使用數字技術并依賴于快速傅里葉變換，因此通常被稱為 FFT 分析儀。

超外差光譜分析儀技術的優勢

寬帶：由于采用超外差原理，這種類型的頻譜分析儀能夠具有非常寬的掃描范圍。掃描的跨度可以擴展到幾 GHz。

能夠在較寬的頻率范圍內工作：使用超外差原理，這種類型的頻譜分析儀能夠在非常高的頻率下工作 - 許多頻譜分析儀將其覆蓋范圍擴展到許多GHz，因為可以從非常高的頻率轉換到處理頻段。

超外差頻譜分析儀技術的缺點

無法測量相位：超外差或掃描頻譜分析儀是一種標量儀器，無法測量相位 - 它只能測量給定頻率上的信號幅度。

無法測量瞬態事件：FFT分析儀技術能夠在短時間內進行采樣，然后對其進行處理以提供所需的顯示。通過這種方式，它能夠捕獲瞬態事件。由于超外差分析儀掃描所需的帶寬，這需要更長的時間，因此無法有效地捕獲瞬態事件。

過去，FFT頻譜分析儀比更傳統的掃頻或超外差頻譜分析儀更昂貴。然而，技術已經向前發展，現在在許多情況下幾乎沒有成本差異。通常，大多數現代頻譜分析儀將使用數字處理，盡管它們可能仍使用超外差原理來提供所需的頻率范圍。

掃描頻譜分析儀基礎知識

掃頻譜分析儀使用與許多無線電接收機相同的超外差原理，作為其工作所依賴的基本原理。超外差原理使用混頻器和本地生成的本地振蕩器信號來轉換頻率。

分析儀中使用的混頻原理與超外差無線電的工作方式完全相同。

進入前端的信號被轉換為另一個頻率，通常頻率較低。在設備的中頻部分使用固定頻率濾波器，可以使用高性能濾波器，并且可以通過改變進入混頻器的本振信號的頻率來改變分析儀或接收器的輸入頻率。

盡管頻譜分析儀的基本概念與超外差無線電完全相同，但使其能夠執行功能的特定實現略有不同。

超外差或掃頻頻譜分析儀框圖

本振的頻率決定了通過中頻濾波器的信號頻率。這在頻率上是掃描的（頻率線性增加），以便覆蓋所需的頻段。用于控制本振頻率的掃描電壓也控制顯示屏上掃描的掃描。這樣，掃描點在屏幕上的位置與本地振蕩器的位置或頻率有關，因此與輸入信號的頻率有關。此外，由于接收到的輸入電平范圍很大，通過濾波器的任何信號都會被進一步放大、檢測并通常轉換為對數刻度，然后被傳遞到顯示器 Y 軸。

掃描頻譜分析儀的元件

雖然掃描頻譜分析儀的基本概念相當簡單，但一些電路模塊可能需要進一步解釋。

射頻衰減器：信號進入測試儀器時到達的第一個元件是射頻衰減器。早期型號使用手動切換的衰減器，但現代分析儀通常由測試儀器中的處理器控制。其目的是將進入混頻器的信號電平調整到最佳電平。如果信號電平過高，不僅讀數可能落在顯示屏之外，而且混頻器性能也可能不是最佳的。混合器可能會在指定的操作區域之外運行，并且可能會看到其他混合產品，并且可能會在顯示屏上看到錯誤信號。

事實上，當懷疑有錯誤信號時，可以調整輸入衰減器以提供額外的衰減，例如+10 dB。如果顯示電平上的信號下降超過此量，則很可能是不需要的混頻產物，并且輸入信號電平的射頻衰減不足。

輸入RF衰減器還用于為非常大的信號提供一些保護。非常大的信號很可能會損壞混頻器。由于這些混合器是性能非常高的部件，更換起來并不便宜，而且相對容易損壞。還增加了一個保護元素。通常，輸入RF衰減器包括一個電容，這樣可以保護混頻器免受被測線路上可能存在的任何直流電的影響。

低通濾波器和預選器：該電路跟隨衰減器，用于消除帶外信號。頻譜分析儀中的該濾波器可防止無用信號與本振混雜，并在中頻產生無用響應。這些將作為信號出現在顯示屏上，因此必須將其刪除。

微波頻譜分析儀通常用更全面的預選器取代低通濾波器。這允許通過一個頻帶，并且其響應顯然是針對感興趣的頻帶量身定制的。

攪拌機：混合器自然是分析儀成功的關鍵。因此，攪拌機是高性能產品，通常非常昂貴。它們必須能夠在非常寬的信號范圍內工作，并提供非常低水平的雜散響應。產生的任何雜散信號都可能引起雜散響應，這些雜散響應將與實際信號一起顯示在顯示屏上。因此，混頻器的動態范圍性能對于整個分析儀至關重要。

使用掃描頻譜分析儀時必須格外小心，不要將過多的功率直接饋入混頻器，否則很容易發生損壞。在測試功率可能很高的無線電發射機時，可能會發生這種情況，并且意外地將衰減器調到低值設置，以便更高的功率電平到達混頻器。因此，通常最好使用能夠處理功率的外部固定衰減器。混頻器損壞將導致頻譜分析儀無法使用，需要維修，這通常很昂貴。

IF放大器：離開混頻器的信號通常是低電平的，需要放大。級的增益是可調的，通常為10dB級。改變此處的增益會改變信號在分析儀垂直刻度上的位置。中頻增益必須與射頻增益控制結合使用，在現代分析儀中，兩者通常相互連接和調整，以提供最佳的整體性能。過高的IF增益水平會增加前端噪聲水平，這可能導致低電平信號被屏蔽。因此，RF增益控制通常應保持在盡可能高的水平，而不會使混頻器過載。通過這種方式，整個測試儀器的噪聲性能得到了優化。

IF濾波器：IF濾波器限制了所查看的帶寬，從而有效地提高了頻率分辨率。但是，這是以較慢的掃描速率為代價的。縮小IF帶寬可降低本底噪聲，并能夠查看較低電平的雜散信號。

本地振蕩器：頻譜分析儀內的本地振蕩器自然是設備整個運行的關鍵元件。它的性能決定了整個分析儀的許多整體性能參數。它必須能夠在非常寬的頻率范圍內進行調諧，以使分析儀能夠在所需的范圍內進行掃描。它還必須具有非常好的相位噪聲性能。如果振蕩器的相位噪聲性能較差，那么不僅會導致設備無法進行窄帶測量，因為本振上的近相位噪聲將轉化為被測信號的測量值，而且還會阻止它對相位噪聲本身進行任何有意義的測量 - 如今越來越多地進行這種測量。

斜坡發生器：斜坡發生器驅動本地振蕩器和顯示器的掃描。這樣，顯示器的水平軸就直接與頻率相連。換言之，斜坡發生器由頻譜分析儀上的掃描速率調整控制。

包絡或液位檢測器：包絡檢波器將來自IF濾波器的信號轉換為可傳遞到顯示器的信號電壓。由于電平檢測器必須適應非常大的信號差異，因此線性度和寬動態范圍至關重要。

檢測器的類型也可能對所進行的測量有影響。檢測器是平均電平檢測器還是提供RMS值。

RMS 檢波器根據分配給該像素的樣本計算顯示跡線中每個像素的功率，即該像素所代表的帶寬。將每個樣本的電壓平方相加，然后將結果除以樣本數。然后取平方根給出 RMS 值。

對于平均值，將樣本相加，然后將結果除以樣本數。

顯示：在許多方面，顯示器是測試儀器的核心，因為這是查看信號頻譜的地方。頻譜分析儀的整個顯示部分包含大量的處理功能，使信號能夠以易于理解的方式查看。最小信號、最大峰值、自動峰值、突出顯示和更多元素的標記等項目由該區域的信號處理控制。這些功能以及更多功能是所提供處理量顯著增加的結果。

至于顯示屏本身，最初使用的是陰極射線管，但現在最常見的顯示形式是液晶顯示器的形式。液晶顯示器的使用確實有一些局限性，但總體而言，隨著該技術的發展水平，它們可以提供所需的靈活性。

超外差頻譜分析儀，或也稱為掃描頻譜分析儀，盡管已被使用數字FFT技術的頻譜分析儀所取代，但仍在使用。然而，它有助于說明頻譜分析儀的原理，并且通常在某些實驗室中可能提供較舊的設備。

審核編輯：黃飛