頻譜分析儀是實驗室中最常見的測試測量儀器之一欲芹，通常被用來在頻域中觀測并分析信號。與大多數(shù)示波器中內(nèi)置的快速傅立葉變換
（FFT）功能相比吟吝，掃頻頻譜分析儀可以在保持很大的頻率范圍的同時，得到較高的分辨率爸黄。然而滞伟，掃頻頻譜分析儀的測量時間一般也
較長揭鳞。Moku:Lab的頻譜分析儀使用了混合方法炕贵，既能發(fā)揮兩種方法的優(yōu)勢，同時保證了較快的測量時間野崇，較高分辨率称开，以及頻率范
圍。在這個應(yīng)用指南中鳖轰，我們將使用Moku:Lab的示波器和頻譜分析儀功能向您展示FFT與混合頻譜分析儀的區(qū)別，并通過模擬信號展
示頻譜分析儀的幾個主要參數(shù)對測量的影響扶镀。
頻譜分析儀是實驗室中最常見的測試測量儀器之一蕴侣，通常被用來在頻域中觀測并分析信號。與大多數(shù)示波器中內(nèi)置的快速傅立葉變換
（FFT）功能相比臭觉，掃頻頻譜分析儀可以在保持很大的頻率范圍的同時，得到較高的分辨率蝠筑。然而狞膘，掃頻頻譜分析儀的測量時間一般也
較長。Moku:Lab的頻譜分析儀使用了混合方法什乙，既能發(fā)揮兩種方法的優(yōu)勢挽封，同時保證了較快的測量時間，較高分辨率臣镣，以及頻率范
圍辅愿。在這個應(yīng)用指南中，我們將使用Moku:Lab的示波器和頻譜分析儀功能向您展示FFT與混合頻譜分析儀的區(qū)別点待，并通過模擬信號展
示頻譜分析儀的幾個主要參數(shù)對測量的影響。
FFT方法的局限性
在頻域?qū)π盘栠M行分析在很多情況下可以更好地發(fā)現(xiàn)并分離信號與不同噪聲褒繁。與時域分析相比亦鳞，頻域分析更容易發(fā)現(xiàn)噪聲，并對系統(tǒng)進
行優(yōu)化，過濾掉不需要的部分燕差。我們平時最常使用的頻域時域轉(zhuǎn)換方法為快速傅立葉變換遭笋，即FFT算法。這個方法可以方便的將示波器
等儀器在時域中采集的信號轉(zhuǎn)換成頻域信號徒探。這也是現(xiàn)代大多數(shù)數(shù)字示波器內(nèi)置的功能。然而测暗，F(xiàn)FT方法的頻率分辨率 （R）央串，與采樣
率（Fs）和FFT點數(shù)（N）的比值成正比。另一方面碗啄，受采樣定理的限制质和，F(xiàn)FT的頻率范圍被采樣率所限制。所以稚字，在FFT點數(shù)相同的情
況下（通常為示波器的內(nèi)存限制）饲宿，頻率范圍越大胆描，分辨率就會越差瘫想。
這個特性使得FFT方法很難得到高頻信號的細節(jié)。在這個應(yīng)用筆記中昌讲，我們將使用一個10 MHz的正弦波作為載波国夜，并以5 kHz的速度
對它進行調(diào)頻短绸，作為模擬信號進行測試（圖1）车吹。我們將這個信號叫作FM1。在圖2中我們可以看到鸠按，當我們用Moku:Lab示波器的FFT
功能對FM1進行觀察時，這個 ± 5 kHz的兩個邊帶并不能被解析目尖。同時馒吴，我們還可以看到好幾個疊拼產(chǎn)生的峰。
圖 1: 由Moku:Lab波形發(fā)生器所產(chǎn)生的10 MHz的調(diào)頻信號
圖 2: 由Moku:Lab示波器所觀察到的FFT信號
Moku:Lab混合頻譜分析儀
為了克服FFT方法的限制瑟曲，Moku:Lab的頻譜分析儀首先會將信號與本機振蕩器（LO） f1 混頻饮戳，并將信號降頻到接近DC的區(qū)間（圖
3）。關(guān)于混頻的具體原理洞拨，請參考我們發(fā)布的有關(guān)鎖相放大器的視頻https://www.bilibili.com/video/BV1J741147Rb扯罐。
之后，頻譜分析儀再對這個低頻信號進行FFT計算歹河。
圖 3: 頻譜分析的信號處理過程
如之前我們所討論的掩浙，F(xiàn)FT在較小頻率區(qū)間時表現(xiàn)最佳。這個混合方法可以使整個測量頻率區(qū)間的起始點設(shè)定為任何值秸歧，而非必須為0
（純FFT方法通常從0開始）厨姚。整個頻譜的任何區(qū)間都可以使用一個很小的頻率進行觀測，而分辨率不再受到最高被測頻率的限制键菱。因
此谬墙，即使在高頻，這個方法也可以得到很高的分辨率经备。比如在圖4中，我們使用Moku:Lab的頻譜分析儀再次分析信號FM1侵蒙，所有的邊
帶包括諧波都可以被清晰解析造虎。
圖 4: 頻譜分析的對FM1信號的分析
頻率、分辨率帶寬（RBW）蘑志、視頻濾波器
在前文中累奈，我們介紹了窄頻范圍可以得到更精細的分辨率贬派。所以在測量中急但，在保證能囊括信號頻率分布的情況下搞乏，我們推薦使用最小的
頻率范圍波桩。
分辨率帶寬（RBW）定義了測量最小的頻率分辨率。它取決于用來計算FFT的點數(shù)请敦，以及窗函數(shù)的種類镐躲。越小的RBW侍筛，頻率分辨率也
就越好榛斯。然而映挂，小的分辨率帶寬可能會稍微增加測量所需要的時間。
視頻濾波器通過平均測量點相連的像素來取得更光滑的結(jié)果。它是一個后處理過程工碾，并不直接影響硬件采集層面的信號處理流程株茶。一個
較大的視頻濾波器洽胶，會產(chǎn)生一個更光滑的頻譜，但會降低頻譜的分辨率佳镜，以及降低較窄信號的峰值。
平均是另一個提高信噪比的方法蟀伸。它有與視頻濾波器類似的效果蚀同，但并不降低頻譜的分辨率缅刽。然而，這個方法只適用于較為穩(wěn)定的信號
采集蠢络。
圖 5中拷恨，我們展示了不同參數(shù)對信號FM1測量的影響
圖 5: 分辨率帶寬（右上），視頻濾波器（左下）谢肾，平均（右下）對測量的影響
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