频谱分析仪的响应函数
频谱分析仪校准对信号源的要求
或者，大多数现代化的分析仪包括相噪测量功能，可以直接读出以 dBc/Hz 为单位的相噪，分析仪本身完成全部必 需的标准化和修正。
显示线性度
该测试检查分析仪在宽动态范围内的幅值线性度。性能是分析仪 IF 电路的一个函数，IF 电流工作于一个固定的频 率。因此仅需要在单一频率，并且固定输入衰减器和参考电平设置下进行测试。测试需要一个具有高精度衰减线 性度的信号源作为参考标准。也可以使用一台工作于恒定输出电平设置下的通用信号发生器，并采用外部高精度 步进衰减器作为参考标准。
概述
通过对来自 5 个不同制造商的 15 个型号的频谱分析仪的校准程序的分析，发现大约介绍了 80 项不同的测试。许 多测试都是相同的，仅仅是其名称不一样——例如显示线性度（Display Linearity）、刻度保真度（Scale Fidelity） 和对数一致性（Log Conformance），都是采用相同的方法在单一频率下测试分析仪准确测量相对信号电平的能力。 考虑到这种重复特性，则大多数的校准程序就包括大约 20 项的核心测试项目，如下所列。通常认为这些测试项目 是在校准频谱分析仪时应该进行的测试项目，也是足够、充分的。
可以通过 IF 增益放大器并滤波，以便进行测量。
y 一个可调的 IF 增益电路，它在将混频器输出信号传输到 IF 滤波器之前将其进行放大，滤出感兴趣的信号。该
增益是随参考电平设置而变化，使显示屏顶部的参考电平与所需的输入信号电平相对应。
y 一个 IF 滤波器，这是一个带通滤波器，其带宽可以从频谱分析仪的前面板进行调节。该带宽被称为分辨力带
幅频响应和相频响应 概述及解释说明
幅频响应和相频响应概述及解释说明1. 引言1.1 概述在信号处理和系统分析中，幅频响应和相频响应是两个重要的概念。
它们描述了一个系统对输入信号在频率域上的响应特性。
幅频响应表示了系统对不同频率的输入信号的幅度放大或衰减情况，而相频响应则表示系统对不同频率的输入信号引起的相位变化情况。
1.2 文章结构本文将分为五个部分对幅频响应和相频响应进行概述和解释。
首先，在引言部分对文章整体进行介绍。
然后，在第二部分将详细讨论幅频响应，包括定义、作用和重要性以及测量方法。
接着，在第三部分会阐述相频响应的概念、物理意义以及测量方法。
在第四部分，我们将探讨幅频响应与相频响应之间的关系，并分析系统稳定性、幅度裁剪以及共振现象对它们的影响。
最后，在第五部分给出结论总结，并展望未来可能的研究方向。
1.3 目的本文旨在提供读者对幅频响应和相频响应的基本概念和理解，并介绍相关的测量方法。
通过对幅频响应和相频响应之间关系的分析，我们希望读者能够更好地理解系统的行为特征，并能够在实际应用中进行优化和调整。
此外，文章还将指出当前研究存在的问题，并提出一些未来可能的研究方向，以促进该领域的进一步发展。
2. 幅频响应概述:2.1 幅频响应定义:幅频响应是指系统对不同频率信号的幅度变化情况。
在信号处理和控制系统中，幅频响应通常用来描述系统对输入信号的增益或衰减程度。
它是一种频率域分析方法，通过测量输入信号与输出信号之间的幅度比值来确定系统对不同频率成分的响应情况。
2.2 幅频响应的作用和重要性:幅频响应提供了一个对系统特性进行评估和分析的重要工具。
通过了解系统在不同频率下的增益变化情况，可以帮助我们理解信号经过系统后发生的变化，从而更好地设计和优化系统。
此外，在音频处理、图像处理以及电子通信等领域中，对于不同频率成分的处理要求也会依赖于系统的幅频响应。
2.3 幅频响应的测量方法:为了获得一个系统的幅频响应曲线，一种常用的方法是使用快速傅里叶变换(FFT)技术。
频谱仪检定规程
频谱分析仪检定规程目录：1 范围 (2)2 概述 (2)3 计量器具控制 (2)3.1 首次检定、后续检定和使用中检验 (2)3.2 检定条件 (2)3.3 检定用设备 (2)4 检定项目和检定方法 (6)4.1 外观及工作正常性检查 (6)4.2 参考频率的检定 (6)4.3 频率读数准确度的检定 (7)4.4 游标计数准确度的检定 (8)4.5 扫频宽度的检定 (9)4.6 噪声边带的检定 (11)4.7 系统相关边带的检定 (13)4.8 剩余调频的检定 (14)4.9 扫描时间的检定 (17)4.10 显示刻度保真度的检定 (19)4.11 输入衰减器开关/切换不确定度的检定 (23)4.12 参考电平准确度的检定 (25)4.13 分辨率带宽转换不确定度的检定 (27)4.14 绝对幅度准确度（参考设置）的检定 (29)4.15 完整的绝对幅度准确度的检定 (31)4.16 分辨率带宽准确度的检定 (33)4.17 频率响应的检定 (34)4.18 其他输入相关杂散相应的检定 (38)4.19 杂散响应（包括三阶交调失真与二次谐波失真）的检定 (42)4.20 增益压缩的检定 (48)4.21 平均显示噪声电平的检定 (50)4.22 剩余响应的检定 (55)4.23 快速时域幅度准确度的检定 (56)4.24 跟踪发生器绝对幅度和游标准确度的检定（只针对选件1DN/1DQ） (57)4.25 跟踪发生器电平平坦度的检定 (58)1 范围本规程适用于新制造、使用中和修理调整后，频率分析范围在30H z-26.5G Hz的频谱分析仪的检定。
本规程以Angilent ESA系列为例，其它型号的频谱分析仪可参照执行。
2 概述频谱分析仪是一种带有显示装置的超外差接收设备，由预选器、扫频本振、混频、中放、滤波、检波、放大、显示等部分组成。
主要用于频谱分析，也可用于测量频率、电平、增益、衰减、调制、失真、抖动等，是通信、广播、电视、雷达、宇航等技术领域中不可缺少的仪器。
电子测量与仪器第八章频率域测量频谱分析仪
2023/5/16
电子测量与仪器第八章频率域测量频 谱分析仪
•8.1 频率域测量概述
一、频域测量的任务： 两大任务：
１、线性系统频率特性测量： 集总参数、分布参数；准静态系统(低频、高频、
微波)；不同的波段，用不同的仪器： 高频段(30-300MHz)：扫频仪 微波段(300M-300GHz)：网络分析仪 (非绝对分法)
相位信息。适用于连续信号和周期信号的频谱测量。 扫频式分析：使分析滤波器的频率响应在频率轴上 扫描。 差频式分析（外差式分析）：利用超外差接收机的 原理，将频率可变的扫频信号与被分析信号进行差 频，再对所得的固定频率信号进行测量分析，由此 依次获得被测信号不同频率成分的幅度信息。这是 模拟式频谱仪最常采用的方法。
电子测量与仪器第八章频率域测量频 谱分析仪
•二、顺序滤波式频谱仪
也这叫种档方级法滤简波单频易谱行仪，，但由在多频个带通较带宽互或相较衔高接频的段 带 的情通况滤下波需器要和大共量用滤检波波器器，构仪成器。体用积多过个大频；率由固于定通带且 相 窄，邻的分窄辨带力带和通灵滤敏波度器都阵不列是来很区高分。被一测般信用号于的低各频种段频的
• 滤波器响应时间（建立时间） 信号从加到滤波器输入端到获得稳定输出所需的
时间。通常用达到稳幅幅度的90％所需的时间TR来 表述，它与绝对带宽B成反比：TR∝1/B。
宽带滤波器的响应时间短，测量速度快；窄带滤 波器建立时间较长，但频率分辨率更高、信噪比好。 响应时间限制了频谱仪的扫描分析速度，影响实时频 谱分析的实现。
III：150~300MHz，由II倍频得到
电子测量与仪器第八章频率域测量频 谱分析仪
一、外差式频谱仪的组成 主要包括输入通道、混频电路、中频处理 电路、检波和视频滤波等部分。
频谱仪
频谱分析仪一：有关频率的技术条件1、频率范围：频谱仪能调谐的频率成分，即最低与最高调谐频率。
E4407B频谱仪频率范围：9KHz— 26.5GHz最大输入功率：+30dBm（1W）2、分辩带宽：频率分辩率是频谱仪区分两根靠近谱线能力。
其决定于中频滤波器的3分贝带宽—RBW二：有关幅度的条件1、内部失真（1）剩余响应：在没有输入信号时，由于频谱内部振荡器屏蔽不良，内部电缆信号泄露，在频谱仪上会出现一些不需要的显示，称为剩余响应。
（2）虚假响应：频谱仪显示屏上出现于输入信号无关的相应，称为虚假响应。
2、灵敏度灵敏度是频谱仪可测量的最小信号。
灵敏度取决于显示的平均噪声电平，它是RBW的函数，分辩带宽越窄，噪声电平越低。
三、动态范围通常把不加衰减时的最佳输入信号电平往下直到灵敏度指标所代表的最小可用信号电平为止，这一信号幅度变化范围称为动态范围。
最佳信号电平-30dBm灵敏度-100dBm则动态范围70dB动态范围是灵敏度与精度的折衷。
大信号输入—灵敏度高，误差大小信号输入—失真小四、参数设置（一）ATT输入衰减设置原则:1、测量小信号时，ATT设置为0。
2、已知测试地点附近有大功率发射源时，ATT设置为30～50dB，然后随着测试结果再逐步调整。
3、未知附近电磁环境时，最好设置成与参考电平联动状。
一般情况下ATT设置为与REF联动，可以保证最优的电平读书精度和使频谱仪工作在最优的工作状态（主要指线性度等）（二）扫描时间(Sweep Time)、扫描点数(Sweep Points)、分辨率带宽(RBW )、扫频跨度(Span)。
分辨率带宽越宽扫描时间越短。
如果分辨率带宽太宽, 两个频率间隔较窄的信号就只能显示为一个。
但如果分辨率带宽太窄, 则由于窄带滤波器所需的响应时间较长, 当扫描速度太快时, 频谱仪的中频滤波器不能够充分响应, 结果幅度和频率的显示值变为不正确, 即幅度下降、频率向上移.为了保持正确的读数状态, 应该让扫描时间≥最快扫描时间(T )。
频谱心电图简介
心电信号的频率分析（频谱分析）是对心电信号在 频率域内进行分析，分析的结果是以频率为横坐标 的谱线，可得到各种幅值以频率为变量的频谱函数 {F(w)}。心电信号经频谱分析可得到它的幅值谱、 相位谱、功率谱和各种谱密度等。频谱分析过程较 为复杂，它是以傅立叶级数和傅立叶积分为基础的。
心电信号的时域分析（时间域）与频域分析（频率 域）是可以互相转换的，它通过傅立叶变换把他们 联系起来。
频域和时域表明了动态信号的两个观察面，即它们 观察信号方法的角度不同，把心电图从时间域转化 成频率域进行分析可以使得在一个坐标系中原来不 明显的特征而在另一个坐标系明显起来，从而有利 于信号特征量的提取。
一般来说时域分析较为形象、直观，而频率域分析 则更为简练，剖析问题更加深刻和方便。下图我们 直观地表示了从时间域和频率域来观察一个动态信 号之间的有机联系。
在频域上可以准确地测量有用信号和无用信号的 各种参数。
心电信号是一种周期性信号、具有频率、振幅（或 功率）和相位等要素。心电图的波形是由一系列不 同频率、振幅和相位的正弦波精确叠加而体现出来。
常规心电信号波形分析一般是对心电波形在时间域 和幅值域里进行分析，即对心电信号的幅值对时间 为坐标的函数x(t)在时间域t内进行分析。通常的测 试记录都是一维记录，不管是在记录纸上还是在磁 带上，总是一个数轴代表时间而另一个数轴代表幅 值，它表示了动态信号的幅值和时间的关系。
心脏病变后，功率谱会发生变化，如基波低于 一次谐波，高次谐波消失，频谱包络线变形等。
正常功率谱图的特征：
心电功率谱是由一组间距相等的波峰（称为谱线）组成的， P1称为基波，P2、P3、P4等称为谐波，心电功率谱的正常图 形有以下特征： 1、前4条谱线较为明显清晰，谱线为尖锐的单峰，奇数谱线 一般高于其后的偶数谱线； 2、谱线等间距； 3、功率谱第一峰称为基波，它与受检者的心率相对应，因此 可按第一峰出现的位置而确定心率。心率＝基波频率×60 4、功率谱由第一峰（基波）和第二、三、四⋯等高次谐波所 组成。直流分量加上基波，二、三、四次谐波，占心电总功 率的90%以上。
频谱分析仪应用解惑之带宽
图 9 不同 RBW 的底噪高低 在测量靠近中心频率的发射分量时，需要采用较窄的分辨带宽。RBW 设置的大小能决定是否能把两个 相临很近的信号分开，只有设置 RBW 大于或等于工作带宽时，读数才准确；但是如果信号太弱而底噪又太 高，频谱仪则无法准确分辨信号，此时即使 RBW 大于工作带宽读数也会不准。 测试信道的功率或是链路噪声时，既不能太大，也不能太小，应该与信号的带宽相对应，一般的测试 规范中会给出相应的 RBW 条件。分辨率带宽常小于参考信道的带宽时，测量结果应为参考带宽内各分量的 总和（其和应为功率求 和，除非特别要求杂散信号按照电压求和） ，此时通常会使用频谱分析仪中 Meas 的 Channel Power 或 ACPR 等功能。
图 5 成型滤波器移动选择频率
如此来说，极端细致分辨能力的滤波器，相当于使用一个冲击函数去选择出需要的频率。如何构造一 个冲击函数形状的滤波器呢，它在时域上是时间无穷幅度不变的，也就是不可能构造出来。退一步讲，使 用一个矩形（形状因子为极限 1）作为选择的形状，仍然面临非常长的响应时间。也就是说矩形系数越好， 分辨能力越细的滤波器实现成本越高，所以说，把一个理论上本来就很干净的正弦波检测为一根同样干净 的细细的谱线，实现成本是非常巨大的，我们的工作就是在理想和现实之间寻找一个成本合适的平衡点： 这个滤波器既要有良好的形状选择性，又要易于实现，还要对于各种测量场景（功率，噪声，分析等）表 现较为一致的结果。 这时候高斯（Gaussian）滤波器闪亮登场了！是的，就是那个历史上最伟大没有之一的数学天才高斯， 拿破仑东征曾经因为他在哥根廷大学执教而放弃了炮轰这座城市。我们小学时有高斯计算 1+2+3+...+99+100 等差数列的故事， 中学时有高斯函数[x]， 大学时有高斯分布， 高斯不等式， 高斯过程…… 那么频谱分析仪中的高斯滤波器是什么样子，为什么频谱分析仪的频率选择使用了高斯滤波器？
Smaart 使用说明
-----概述-----Smaart 7 有两种截然不同的经营模式，Real - Time 和脉冲响应（IR）模式。
在实时模式下，Smaart 执行实时光谱传递函数（频率响应测量）。
脉冲响应模式是专为测量和分析大型脉冲响应测量，适合学习反射和混响室和音响系统，其声学环境之间的相互作用等方面的特点。
较长时间的常数，对飞过滤和高分辨率的频域显示功能，在IR 模式还可以使扬声器响应和时序特性研究的一个极好的工具。
Smaart 实时频域分析能力下降成两大类：频谱和传递函数。
两个，新用户可能会发现光谱测量，特别是实时音频频谱分析仪（RTA 显示）最熟悉的。
RTA 的显示屏，可以让你看到在任何特定时刻能源目前在不同的频率范围，通常分数倍频程在整个可听频谱。
除外，而不是显示只有一个即时更新显示新的数据，UP 连续测量的光谱仪栈来给你一个的信号频率的内容对一些期间查看之前每次测量Smaart 的实时光谱仪类似RTA 的时间。
摄谱仪已被证明是一个特别优秀的工具，反馈狩猎的，以及许多其他用途。
实时频谱分析是一个非常有用的工具，任意数量的应用，包括反馈打猎，练耳，和监测频率内容的节目素材。
在上个世纪，RTA 也常用为健全的制度均衡，但他们在此应用程序的实用性一直是阻碍他们无法测量相位或延迟，或区分直达声，混响声，听起来比你的其他来源试图来衡量。
这是为什么双端口FFT 分析仪，如Smaart，随着时间延迟光谱仪（TDS）和最大长度序列为基础的早期系统（MLS）的测量技术已逐渐取代专业音响系统的均衡和优化的工具选择的区域贸易协定。
双FFT，MLS 和TDS 分析仪，使用非常不同的方法来测量系统的响应。
这三种技术，基于FFT 的频率响应分析提供了使用了最大的灵活性和易用性在中间，但它也需要大量的计算能力超过MLS 或TDS，真的只能成为一个实用的选择基于PC 的分析系统20 世纪90 年代。
所有三种技术，在共同但有一件事情，是他们让你看到所有三个“维度”的声音（频率，能源和时间），而一个简单的区域贸易协定是完全失明的时间元素。
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什么是频率响应函数
动态信号分析仪的一个常见应用是测量机械系统的频率响应函数(FRF)。
这也称为网络分析，系统的输入和输出同时测量。
通过这些多通道测量，分析仪可以测量系统如何“改变”输入。
一个常见的假设是，如果系统是线性的，那么这个“变化”被频率响应函数(FRF)充分描述。
事实上，对于线性和稳定的系统，只要知道频率响应函数，就可以预测系统对任何输入的响应。
宽带随机、正弦、阶跃或瞬态信号在测试和测量应用中被广泛地用作激励信号。
图1说明了一个激励信号x，可以应用于一个UUT(测试单元)，并生成一个或多个由y表示的响应，输入和输出之间的关系称为传递函数或频率响应函数，由H(y,x)表示。
一般来说，传递函数是一个复杂的函数，描述系统如何将输入信号的大小和相位作为激励频率的函数。
在各种激励条件下，对UUT系统的特性进行了实验测量。
这些特征包括:频率响应函数(FRF)，通过以下参量描述: 增益频率函数。
相位频率函数。
共振频率，阻尼因素，总谐波失真，非线性。
利用宽带随机激励的FFT、交叉功率谱法测量频率响应。
宽带激励可以是高斯分布的真随机噪声信号，也可以是一个伪随机信号，其振幅分布可以由用户来
定义。
宽带这一术语可能具有误导性，因为一个好的实现的随机激励信号应该是频带有限的，并由分析频率范围的上限控制。
也就是说，激励不应该激发高于测量仪器所能测量的频率。
随机发生器只产生频宽在分析频率范围内随机信号。
这也将把激发能量集中在有用的频率范围，以提高测试动态范围。
宽带随机激励的优点是它能在短时间内激发宽频段，因此总测试时间较短。
宽带激励的缺点是其频率能量在短时间内广泛传播。
每个频率点激发的能量贡献远小于总信号能量(大概是-30到-50dB小于总数)。
即使对于频率响应函数(FRF)估计有一个大的平均数字，宽带信号也不能有效地测量UUT的极端动态特性。
扫频正弦测量，优化了每个频率点的测量值。
由于激励信号是一个正弦波，在某一时刻其所有的能量都集中在一个频率上，改进了宽带激励中的动态范围不足的缺点。
此外，如果频率响应幅值大小下降，响应的跟踪滤波器可以帮助接收到非常小的正弦信号。
只要优化每个频率的输入范围，就可以将测量的动态范围扩展到150分贝以上。
频率响应函数的应用
频率响应函数的应用很广，其中测试试件的固有频率是基础应用，可以有效的避免共振频率。
试件由于材质、材料属性、形状的不同会影响自身刚度和质量。
它的固有频率只受刚度分布和质量分布的影响，阻尼对固有频率的影响有限。
质量增大固有频率必然降低，刚度增大固有频率必然增大。
理论上讲，试件有多阶固有频率。
在二维频谱图中，并不是所有的峰值对应的都是固有频率，因为有可能是激励频率或是它的倍频。
因此通常通过测量频响
函数的方式来测量固有频率，频响函数对应的峰值都是系统的固有频率。
多数情况下，我们只关心低阶或特定阶固有频率。
常用两种方法测试频率响应函数，锤击法和正弦扫频法。
CoCo-80X 动态信号分析仪利用锤击法测试
Spider-81B 振动控制器+振动台利用正弦扫频法测试大家若是想了解更多有关频率响应函数的专业知识，可以咨询锐达数字。
杭州锐达数字技术有限公司是美国晶钻仪器公司中国总代理，负责产品销售、技术支持与产品维护，是机械状态监测、振动噪声测试、动态信号分析、动态数据采集、应力应变测试等领域的供应商，提供手持一体化动态信号分析系统、多通道动态数据采集系统、振动控制系统、多轴振动控制系统、三综合试验系统和远程状态监测系统等。