频谱分析仪混频原理深层解析

　　0 引 言

　　通常在讨论频谱分析仪的时候，总是概括的讲到频谱分析仪应用超外差原理实现频率的转换，把被测信号转换到中频来进行处理。但是，当信号频段较宽时用此简单的原理是无法实现的，首先宽频段信号所对应的宽频本振信号就无法直接实现，所以频谱分析仪分频段对信号进行处理。本文将依不同的频段来介绍频谱分析仪是如何实现混频的。

　　1 9kHz～3GHz频段的实现

　　混频器一般都是用一本振信号和一输入信号进行进行频率的加减，以达到频率迁移的目的，用公式表示为

　　如图1所示，通过连续可调的本振与宽带接收范围可以获得固定的中频,(2)式说明对于一固定的中频和本振频率,总对应两个输入频率,即还有一个镜像频率，为了保证接收有用信号的质量,需在射频混频器前添加滤波器来抑制镜像频率。然而频谱仪在处理信号的时候都是宽频段的接收信号，不仅仅是接收某一个点频的信号，所以上述的混频方式在实际中应当是如图 2 所示。这时输入频率范围与镜像频率范围的关系，在图2中可以看出来，如果输入频率大于2fIF，那么两个频率范围将会重叠，假设此时有一个输入信号A，而在它的镜像频率处恰好有一输入信号B，正确的显示方式应当是，在A处有一信号，在B处也有一信号，但是根据公式(2)，一个固定的中频和本振总对应两个输入频率，那么频谱仪如何区分两个信号呢?如果区分不开，将会把信号A转换到中频的同时把信号B也转换到中频上，而显示的是两个信号的叠加，这是我们不期望看到的。

　　那么，为了区分这种关系的信号，对输入滤波器的要求为：在不影响主信号的情况下，应用一个可调谐的带通滤波器来抑制镜像频率。这种方法在理论上可以很好的抑制镜像频率，但是由于频段较宽(3kHz～3GHz)，调谐滤波器的设计变得比较复杂，同时价格较高。所以在实际情况中通常采用另一种变频原理将使第一级中频问题大大简化。这就是如图3 所示的提高中频，提高本振也就是所谓的高中频高本振。

　　在这种方式下，镜像频率位于输入频率范围之外，由于两个频率不会重叠，镜像频率可以通过简单的低通滤波器抑制掉。

　　采用的关系式如下：

　　在此举例说明，假设这个中频为3476.4MHz，为了使输入频率范围(9kHz～3GHz)变频到3476.4MHz，本振必须从(3476.4MHz～6476.4MHz)可调。依据方程，镜像频率当然会在(6952.8MHz～9952.8MHz)。在这种情况下，输入信号都被变频至3476.4MHz这个中频上，后面的问题就是如何处理这个中频信号，最后正确的显示出来。如果直接在3476.4MHz的中频上做处理，那么就会面临一个问题，为了分辨出靠得很近的信号，就需要很窄的滤波器，这个滤波器的最小带宽可能为1kHz、100Hz，甚至10Hz。在中心频率为3476.4的频率上要实现这样窄的滤波器是非常困难的。也就是说直接在3476.4MHz的中频上分析信号，以及做后续的处理是有困难的，也是不现实的。一般情况下频谱分析仪都是在很低的频率上进行信号处理的，这个信号一般是20.4MHz或者更低。现在面临的问题就是要把得到的3476.4MHz的中频信号变频为20.4MHz 的信号。图 4给出了原理图。