本文的目的是為您提供關于頻譜儀或信號分析儀的基本概述。您或許想要進一步了解與頻譜分析相關的更多其他話題，您可訪問頻譜分析儀網頁。這里將重點介紹頻譜分析儀工作的基本原理。雖然今天的技術使得現代數字實現替代許多模擬電路成為可能，但是從經典的頻譜分析儀結構開始了解仍然非常有好處。今后我們還將探討數字電路賦予頻譜儀的功能及優勢，以及討論現代頻譜儀中所使用的數字架構。 圖 2-1 是一個超外差頻譜儀的簡化框圖。“外差”是指混頻，即對頻率進行轉換，而“超”則是指超音頻頻率或高于音頻的頻率范圍。從圖中我們看到，輸入信號先經過一個衰減器，再經低通濾波器（稍后會看到為何在此處放置濾波器）到達混頻器，然后與來自本振（LO）的信號相混頻。 圖 2-1. 典型超外差頻譜分析儀的結構框圖 由于混頻器是非線性器件，其輸出除了包含兩個原始信號之外，還包含它們的諧波以及原始信號與其諧波的和信號與差信號。若任何一個混頻信號落在中頻（IF）濾波器的通帶內，它都會被進一步處理（被放大并可能按對數壓縮）。基本的處理過程有包絡檢波、低通濾波器進行濾波以及顯示。斜波發生器在屏幕上產生從左到右的水平移動，同時它還對本振進行調諧，使本振頻率的變化與斜波電壓成正比。 如果您熟悉接收普通調幅（AM）廣播信號的超外差調幅收音機，您一定會發現它的結構與圖 2-1 所示框圖極為相似。差別在于頻譜分析儀的輸出是屏幕而不是揚聲器，且其本振調諧是電子調諧而不是靠前面板旋鈕調諧。 既然頻譜分析儀的輸出是屏幕上的 X-Y 跡線，那么讓我們來看看從中能獲得什么信息。顯示被映射在由 10 個水平網格和 10 個垂直網格組成的標度盤上。橫軸表示頻率，其標度值從左到右線性增加。頻率設置通常分為兩步：先通過中心頻率控制將頻率調節到標度盤的中心線上，然后通過頻率掃寬控制再調節橫跨 10 個網格的頻率范圍（掃寬）。這兩個控制是相互獨立的，所以改變中心頻率時，掃寬并不改變。還有，我們可以采用設置起始頻率和終止頻率的方式來代替設置中心頻率和掃寬的方式。不管是哪種情況，我們都能確定任意被顯示信號的絕對頻率和任何兩個信號之間的相對頻率差。 縱軸標度按幅度大小劃分。可以選用以電壓定標的線性標度或以分貝（dB）定標的對數標度。對數標度比線性標度更經常使用，因為它能反映出更大的數值范圍。對數標度能同時顯示幅度相差 70 至 100 dB（電壓比為 3200 至 100,000 或功率比為 10,000,000 至 10,000,000,000）的信號，而線性標度則只能用于幅度差不大于 20 至 30 dB（電壓比 10 至 32）的信號。在這兩種情況下，我們都會運用校準技術1給出標度盤上最高一行的電平即基準電平的絕對值，并根據每個小格所對應的比例來確定標度盤上其他位置的值。這樣，我們既能測量信號的絕對值，也能測量任意兩個信號的相對幅度差。 屏幕上會注釋出頻率和幅度的標度值。圖 2-2 是一個典型的頻譜分析儀的顯示。 圖 2-2. 參數已設定的典型頻譜分析儀顯示圖 現在讓我們將注意力再回到圖 2-1 中所顯示的頻譜分析儀元器件。 射頻衰減器 分析儀的第一部分是射頻衰減器。它的作用是保證信號在輸入混頻器時處在合適的電平上，從而防止發生過載、增益壓縮和失真。由于衰減器是頻譜儀的一種保護電路，所以它通常是基于基準電平值而自動設置，不過也能以 10 dB、5 dB、2 dB 甚至 1 dB 的步進來手動選擇衰減值。圖 2-3 所示是一個以 2 dB 為步進量、最大衰減值為 70 dB 的衰減器電路的例子。 其中隔直電容是用來防止分析儀因直流信號或信號的直流偏置而被損壞，不過它會對低頻信號產生衰減，并使一些頻譜儀的最低可用起始頻率增加至 9 kHz、100 kHz 或 10 MHz。 在有些分析儀中，可以像圖 2-3 那樣連接一個幅度基準信號，它提供了一個有精確頻率和幅度的信號，用于分析儀周期性的自我校準。