頻譜分析儀主要用于信號成分分析，其應用領域相當廣泛，在電磁干擾偵測分析、無線電通信、衛星接收系統等方面均有涉及。就具體信號分析手段而言，傳統時域波形分析的確能夠直觀觀察信號的幅度、頻率、波形等響應變化，但局限于低頻信號，高速信號下時域分析有著必然的缺憾。頻譜分析是指將信號的頻率、幅值等信息在頻域中表示的一種分析方法，它對于任意信號進行傅里葉變換，進而將其分解為若干單一的諧波分量來研究，以獲得信號的頻率結構以及各諧波幅值和相位信息，這對于高頻信號以及復雜信號分析意義十分重大。可以看出，頻譜分析儀的重點是幅頻特性與相頻特性，尤其是幅頻特性的計算。

1、核心原理論證

對于頻譜分析儀，就具體的實現原理而言，主要存在三種思路：多通道并行濾波式、掃頻外差分析式以及直接FFT式。

1.1、多通道并行濾波式

多通道并行濾波式方案的核心在于多個濾波器的制作，其思路主要是將全頻段等分為若干個通帶不重疊（或部分重疊）的帶通濾波器，這些濾波器的過渡帶帶寬、甚至通帶最大允許衰減等參數都幾乎一致，僅僅是通帶頻率范圍不一致。當信號并行送入每個濾波器之后，對于各個濾波輸出進行能量檢測，從而進一步確定各個頻段的信號幅度，繪制出頻譜圖。顯然，只有諧波分量對應頻段的濾波器，輸出信號可以采集到能量值，且能量值隨諧波分量增大而增大。這種傳統模擬頻譜儀的缺點在于過于依賴模擬電路的搭建，硬件要求很高，容易產造成頻率分辨率精度不足，甚至是測量誤差。

1.2、掃頻外差分析式

掃頻外差分析式的核心在于混頻模塊的設計，其思路主要是利用一個連續掃頻的本地振蕩器，產生的本振信號與被測信號混頻，這樣被測信號諧波分量總會有機會落入后續中頻濾波器的通帶中。如果令本振信號的幅度保持不變，那么混頻器的輸出、中頻濾波的輸出、檢波模塊的輸出都會與被測信號的對應諧波分量幅度成正比。將掃頻器的控制電壓（一般為線性）與檢波模塊的輸出電壓分別作為X和Y信號，即可得到被測信號的幅頻特性圖。這種方案實際上以掃頻外差功能代替了并行濾波功能，降低了硬件要求，提高了系統性能。

1.3、直接FFT式

直接FFT式方案的核心在于高速FFT（FastFourierTransform）的計算，常規的單片機系統如ARM都無法完成，必須要依靠現場可編程門陣列（FPGA）等適合高速信號處理的開發系統，其思路主要是將信號進行波形調理后送入高速AD采樣芯片，將采集得到的信號截取短時窗進行FFT計算，直接將計算結果輸出為幅頻特性圖與相頻特性圖。顯然，這種方案也有難點存在，那就是對于AD芯片的采樣頻率要求較高，但是如果有合適的AD芯片，那么這種數字型頻譜儀與模擬型頻譜儀相比，容錯率將會更高，頻率檢測范圍、頻率分辨率等技術指標也會大大優化。

2、系統整體方案設計

簡易數字式頻譜儀主要由信號采集模塊、高速FFT模塊以及LCD顯示模塊組成。信號采集模塊以AD9226芯片為核心，配合前置抗混疊濾波電路實現信號采集；高速FFT模塊在FPGA開發系統通過編程實現；LCD顯示模塊選擇4.3寸TFT液晶屏，實現可視化界面。簡易數字式頻譜儀的系統框圖如圖1。

圖1