中頻是無線通信的靈魂，而數字中頻則是現代頻譜分析技術的引擎。它讓頻譜分析儀擁有更窄的帶寬、更快的速度、更大的動態范圍及更高的測量精度，是頻譜分析儀從模擬走向數字的關鍵一步。
你是否曾好奇過為什么收音機的中頻 (IF) 固定在 455kHz？中頻的概念不僅引人入勝，而且至今仍然非常重要。要真正理解無線通信的發展歷程及其未來走向，理解中頻的重要性至關重要。
中頻 (IF) 是電子和通信領域的關鍵概念，尤其是在無線電、電視和雷達系統的設計和運行中。讓我們一起來揭開中頻的神秘面紗，首先看看它在家用調幅 (AM) 收音機中的應用。
雖然收音機本身是一個古老的發明，但中頻的概念卻是電子和通信工程領域的一個重要分支。因此，讓我們來看看為什么我們需要中頻，以及它在制造一臺好的收音機接收機方面發揮著怎樣的作用。有趣的是，為什么我們的調幅收音機的中頻固定在 455kHz 而不是其他頻率！雖然這里并非涵蓋無線電工程所有方面的全面文檔，但它旨在為中頻概念的基礎知識提供一個良好的入門介紹。
理論上，音頻的頻率范圍可以從 20Hz 到 20,000Hz。對于基于調幅 (AM) 的無線電通信，需要載波來傳輸音頻。在無線電發射端，我們接收頻率和幅度都在變化的音頻，并根據音頻的變化來調整載波的幅度，同時保持載波的頻率不變。由此輸出的即經過調制的載波，被稱為調制波。需要注意的是，只有載波的幅度被改變，因此得名“調幅 (AM)”。本質上，調制波隨后被發送到天線進行調幅廣播。
AM無線電是在美國使用的第一種無線電通信方式。AM （Amplitude Modulation）代表調幅，一種使用快速控制載波的幅度或功率電平來接收以低頻傳輸的音頻信號的技術。
AM電路是用于調制數據信號的簡單放大器。數據調制是將信息（例如書面信息或圖像）轉化為信號，以便可以通過特定的傳輸介質進行傳輸。
什么是中頻？
所謂中頻 (Intermediate Frequency)，顧名思義，是指一種中間頻率的信號形式。中頻是相對于基帶信號和射頻信號來講的，中頻可以有一級或多級，它是基帶和射頻之間過渡的橋梁。
在通信和電子工程中，中頻 (IF) 是指載波在傳輸或接收過程中作為中間步驟被轉換到的頻率。中頻是通過將載波信號與本振信號混合而產生的，這一過程稱為外差法，最終得到一個差頻或拍頻信號。中頻用于超外差無線電接收機，其中輸入信號在最終檢測之前被轉換到中頻進行放大。
轉換為中頻有諸多好處。當使用多級濾波器時，所有濾波器都可以設置為固定頻率，這使得電路的構建和調諧更加容易。低頻晶體管通常具有更高的增益，因此所需的級數更少。在較低的固定頻率下，更容易制造具有高選擇性的濾波器。
圖1 1949 年左右摩托羅拉 19K1 電視機的中頻圖片
超外差接收機中可能存在多個這樣的中頻級；兩級或三級分別稱為雙變頻（或稱雙次變頻）或三變頻。
中頻在無線電接收機中的工作原理是什么？
在典型的無線電接收機中，輸入的射頻 (RF) 信號與來自本地振蕩器的信號混合。這種混合過程會產生兩個新的頻率：原始頻率的和與差。差頻通常就是中頻 (IF)。通過將原始射頻信號轉換為中頻，可以更輕松地進行后續處理——濾波、放大和解調。
為什么我們需要載波？
這是一個很好的問題。雖然不太實際，但讓我們想象一下，如果我們想直接發送音頻信號進行調幅 (AM) 廣播。如果一個地區有幾十個廣播電臺，我們該如何設計一個電路來接收來自特定電臺的無線電信號呢？如果一個城市的所有調幅廣播電臺都直接廣播音頻，我們將無法區分它們，因為它們都會在 20Hz 到 20,000Hz 的頻率范圍內同時發射信號！那就像一個房間里有100個人，每個人都用最大的音量互相喊叫，結果誰也聽不清別人在說什么。
為了避免這個問題，早期人們認為應該給每個調幅（AM）廣播電臺分配一個固定的發射頻率，這樣任何調諧到該頻率的接收器都只能收聽到該電臺的信號。特定電臺的發射頻率稱為該電臺的載波頻率。
如果電臺只是發送一個振幅和頻率都恒定的載波，那就毫無用處，因為接收器無法接收到任何音頻信號。
還記得調制嗎？調制本質上是通過改變載波的振幅，使其包含音頻信號，然后再從電臺發送出去，就能使其發揮作用（見下圖）。由于我們只改變了振幅而沒有改變頻率，所以頻率仍然是電臺固定的。因此，我們可以通過改變載波的振幅，將音頻信號發送到調諧到該載波頻率的接收收音機。
圖2：在發射端，使用音頻信號來改變另一個稱為載波信號的信號的幅度（幅度調制），從而生成要廣播的調制信號。
AM接收有哪些挑戰？
我們現在知道，每個廣播電臺都會按照相關政府部門和法規規定的特定頻率，發射其調幅載波。
然而，我們仍然面臨一個問題。
我們需要設計一個帶有放大器的收音機接收機來放大接收到的載波。這本身不是問題。真正的問題在于設計一個能夠放大如此高頻率信號的放大器，并且該放大器的響應還必須適用于覆蓋531kHz到1602kHz之間所有電臺的整個載波頻率范圍！
要設計一個能夠以相同質量處理如此高頻率信號，并適用于整個頻率范圍（各種載波頻率）的放大器是非常困難的。
那么，使用多個放大器，每個放大器針對不同的載波頻率設計，效果如何呢？
這或許可行，但這會使接收機的成本和體積大幅增加。請記住，即使是這樣的方案，也要求所有放大器都能處理高頻率信號。想象一下，在調幅廣播和接收的早期階段，實現高頻電路還是一項挑戰，那該有多么困難。難怪中頻的概念在那時應運而生。
中頻概念的由來
那么，如何解決上述限制呢？我們可以設計一個專門針對特定頻率的放大器，并將接收到的任何電臺的調制載波轉換為該放大器能夠正常工作的頻率。
例如，假設我們有一個放大器，其設計用于放大 100kHz 的信號，我們將接收到的 1200kHz 調制信號轉換為 100kHz，這樣放大器就可以正常工作并放大它。同樣地，如果我們想收聽某個電臺發射的 1400kHz 調制載波信號，我們只需將接收到的 1400kHz 調制信號轉換為 100kHz，然后將其發送到專門針對 100kHz 設計的放大器。這樣，我們就可以將整個 AM 頻率范圍內任何電臺的調制載波頻率轉換為固定的 100kHz，然后放大這個 100kHz 的信號，最后從中提取音頻信號。這個頻率，也就是本例中的 100kHz，被稱為中頻或 IF。
如何實現中頻？
中頻能實現嗎？答案是肯定的！那么，我們該如何實現呢？讓我們來看一個更具體的例子。
假設一個無線電發射機或廣播電臺以 300kHz 的頻率發送調制載波。再假設在接收端，我們有一個振蕩器，我們稱之為“本振”或簡稱 LO（見下圖 ）。假設本振可以產生我們想要的任何頻率。記住，本振的輸出不需要是放大后的信號。因為我們要與之混頻的接收到的調制載波信號本身就很弱，所以本振的微弱輸出對于我們這里的需求來說已經足夠了。
圖 3：AM 收音機接收機的簡化示意圖
假設我們有一個信號混頻器，它可以對輸入的兩個信號進行加法和減法運算。假設接收到的調制載波頻率為 f1，本振輸出頻率為 f2。混頻器將接收頻率為 f1 的信號和頻率為 f2 的信號，然后分別對 f1 和 f2 進行加法和減法運算，最終輸出 f2+f1 和 f2-f1。
表 1 給出了 f1 和 f2 取不同值時的示例。
載波 (f1) | LO (f2) | 混頻器 (f2+f1) | 混頻器 (f2-f1) |
600 | 700 | 1300 | 100 |
800 | 900 | 1700 | 100 |
1300 | 1400 | 2700 | 100 |
1400 | 1500 | 2900 | 100 |
1559 | 1659 | 3218 | 100 |
1600 | 1700 | 3300 | 100 |
混頻器的輸出 f2+f1 和 f2-f1 是 f1 和 f2 共同作用的結果，因此 f2+f1 和 f2-f1 都包含了調制載波 f1 和本振光 f2 的信息。
正如你所看到的，f2+f1 會隨著 f1 和 f2 的變化而變化，而 f2-f1 則始終保持不變！也就是說，在本例中它始終為 100kHz。這意味著，如果我們對混頻器的輸出應用一個濾波器，只選擇 f2-f1（在本例中為 100kHz），并濾除所有其他頻率，包括 f2+f1，那么最終我們將只得到 f2-f1（不包含 f2+f1 的內容）。
換句話說，要從一組電臺中提取出某個特定的電臺，我們只需要改變本振頻率 (f2)，使 f2-f1 等于 100kHz 即可！
因此，對于任何我們感興趣的電臺頻率 f1，我們只需調節本振，使其產生頻率 f2，使得 f2-f1 等于 100kHz。例如，如果我們想收聽孟買 Akashvani 電臺，其發射頻率為 558kHz（記為 f1），我們現在只需調節本振，使其產生 658kHz（記為 f2），這樣混頻器就能產生 f2+f1 和 f2-f1。之后，當混頻器的輸出通過一個只允許 f2-f1 通過的濾波器時，我們將得到 f2-f1，即 100kHz。這里需要注意的是，100kHz 是中頻 (IF)。當這個中頻信號（見圖 3）被發送到包絡檢波器或解調器（見下圖）時，它會去除載波，并輸出原始音頻信號（基帶信號）。該音頻信號可以進一步適當放大，并通過揚聲器播放出來。
圖4：在接收端，接收到廣播的調制信號，利用本振和信號混頻器產生中頻信號，然后利用解調器（或包絡檢波器）恢復原始音頻信號。
中頻的優勢是什么？
你注意到中頻的優勢了嗎？正如你所見，我們只需要一個音頻放大器，它只放大音頻信號。如果需要，也可以在包絡檢波器之前再加一個放大器，這樣混頻器的輸出在發送到包絡檢波器之前會被進一步放大。
中頻的主要優勢在于，我們可以將輸入的載波頻率 (f1) 轉換為一個較小的頻率 (f2-f1)，即中頻，這樣一來，設計混頻器之后的所有電路使其能夠以固定頻率工作就方便多了。
圖5：一個簡單的包絡檢測器（也稱為音頻提取器、音頻檢測器或解調器）
中頻的優勢
雖然中頻并非強制要求，但使用中頻具有以下優勢：
性能穩定 - 由于中頻是固定的，與實際廣播頻率無關，因此可以針對該特定頻率優化濾波器和放大器，從而確保性能穩定。
調諧簡化 - 中頻允許使用單個固定頻率的濾波器和放大器級，從而簡化接收機的設計和調諧。早期，高頻和寬帶放大器比現在昂貴得多。
選擇性和靈敏度提高 - 穩定的中頻使接收機能夠更有效地選擇所需信號并抑制其他信號，從而提高選擇性和靈敏度。
中頻的應用
廣播接收機最常用的中頻可能是 AM 接收機的 455 kHz 左右和 FM 接收機的 10.7 MHz 左右。在特殊用途的接收機中，可以使用其他頻率。雙變頻接收機可能有兩個中頻，一個較高的中頻用于提高鏡像抑制，另一個較低的中頻用于實現所需的選擇性。第一個中頻甚至可以高于輸入信號，這樣所有不需要的響應都可以通過固定調諧的射頻級輕松濾除。
在數字接收機中，模數轉換器 (ADC) 以低采樣率工作，因此輸入的射頻信號必須混頻至中頻才能進行處理。中頻通常比發射的射頻頻率低一個頻率范圍。然而，中頻的選擇主要取決于可用的元件，例如混頻器、濾波器、放大器以及其他可以在較低頻率下工作的元件。決定中頻還涉及其他因素，因為較低的中頻容易受到噪聲干擾，而較高的中頻會導致時鐘抖動。
現代衛星電視接收機使用多個中頻。一個典型系統的500個電視頻道通過Ku微波頻段從衛星傳輸到用戶，分為10.7–11.7 GHz和11.7–12.75 GHz兩個子頻段。下行信號由衛星天線接收。在天線焦點處的低噪聲模塊下變頻器（LNB）中，每個頻段通過兩個固定頻率的本地振蕩器（頻率分別為9.75 GHz和10.6 GHz）轉換為950–2150 MHz的中頻范圍。機頂盒發出控制信號來選擇其中一個頻段，該控制信號會開啟其中一個本地振蕩器。該中頻信號通過同軸電纜傳輸到建筑物內的電視接收機。在有線電視公司的機頂盒中，信號通過可變頻率振蕩器轉換為480 MHz的低中頻進行濾波。信號經過一個30MHz帶通濾波器，該濾波器從衛星上的一個轉發器中篩選出信號，該轉發器承載著多個頻道。進一步的處理程序會選擇所需的頻道，對其進行解調，并將信號發送到電視機。
數字中頻和頻譜分析
數字濾波器
部分頻譜分析儀采用了一部分數字中頻電路。傳統的模擬 LC 和晶體濾波器只能實現 1 kHz 及更高的分辨率帶寬（RBW），而采用數字技術則可使最窄的帶寬達到 1 Hz 至 300 Hz。
圖 ESA-E 系列頻譜儀中的 1、3、10、30、100 和 300 Hz 分辨率帶寬濾波器的數字實現方法
如說圖所示，線性模擬信號經下變頻至中頻 8.5 kHz，并通過一個帶寬只有 1 kHz 的帶通濾波器，隨后該中頻信號經過放大，以 11.3 kHz 的速率被采樣及數字化。
信號一旦經過數字化后，便對其進行快速傅立葉變換。為了對合適的信號進行轉換，分析儀必須是固定調諧的（不掃描），即這種轉換必須是對時域信號進行的。因此當我們選擇某一個數字分辨率帶寬時，ESA-E 系列頻譜分析儀以 900 Hz 的步進遞增本振頻率，而不是連續掃描。這種步進式調諧可以從顯示屏上觀察到，當數字處理完成后，顯示以 900 Hz 的步進更新。
稍后我們會看到另一些頻譜儀和信號分析儀使用了全數字化中頻技術，即儀器中所有的分辨率帶寬濾波器均采用數字技術實現。
矢量信號分析儀的結構
矢量信號分析圖
矢量信號分析儀的結構如上圖所示
矢量信號分析儀采用了與傳統掃描分析截然不同的測量方法。融入FFT和數字信號處理算法的數字中頻部分替代了模擬中頻部分。傳統的掃描調諧式頻譜分析是一個模擬系統 ; 而 VSA 基本上是一個使用數字數據和數學算法來進行數據分析的數字系統。矢量信號分析儀VSA軟件可以接收并分析來自許多測量前端的數字化數據，使您的故障診斷可以貫穿整個系統框圖。
在使用適當前端的情況下，矢量信號分析儀VSA可以覆蓋射頻和微波頻段，并能提供額外的調制域分析能力。這些改進可以通過數字技術來實現，例如模擬 - 數字轉換，以及包含數字中頻 (IF) 技術和快速傅立葉變換 (FFT) 分析的 DSP。
這些頻譜儀采用數字處理的一個關鍵好處是它的帶寬選擇性可達到約 4:1。即使是最窄的濾波器也可以達到這樣的選擇性，我們可以用它來分辨頻率非常接近的信號。
讓我們再對數字濾波器做相同的計算，一個好的數字濾波器的選擇性模型是類高斯分布：
其中，H(?f) 是濾波器邊緣下降值（單位 dB）
Δf 是相對于中心頻率的頻率偏移（單位 Hz），
α 是控制選擇性的參數。對于一個理想的高斯濾波器，α 的值等于 2。
頻譜分析儀的掃頻式 RBW 濾波器是基于 α = 2.12 的準高斯模型，因而其選擇性的比值為 4.1:1。
嚴格說來，信號一旦經過數字化就不再是中頻（IF），這個點上的信號是用數字化的數值來表示。不過，我們使用術語 "數字中頻" 來描述這種替代了傳統頻譜分析儀中所采用的模擬中頻的數字處理技術。
把例子中的數值代入公式，我們得到：
在頻率偏移 4 kHz 處，模擬濾波器的邊緣下降為 -14.8 dB，與之相比，帶寬為 3 kHz 的數字濾波器下降了 -24.1 dB。由于數字濾波器具備這種優良的選擇性，它更能分辨出頻率非常接近的信號。
全數字中頻
高端頻譜分析儀首次將多項數字技術結合從而實現了全數字中頻，這種全數字中頻給用戶帶來很大好處。用于窄掃寬的 FFT 分析和用于寬掃寬的掃頻分析的聯合使用，優化了掃描過程，使得測量能夠盡可能快速地完成。在結構上，模數轉換器（ADC）和其他數字硬件的改進使模數轉換器的位置能夠更接近于頻譜儀的輸入端。
下面讓我們先來觀察高端信號分析儀的全數字中頻結構框圖，如圖7 所示。
圖7. 高端信號分析儀全數字中頻結構方框圖
在此結構中，160 個分辨率帶寬濾波器全部采用數字技術實現，但在模數轉換器之前還會有模擬電路：首先是下變頻的幾個階段，其次是一對單極點前置濾波器（其中一個為本振濾波器，另一個為晶體濾波器）。這里的前置濾波器與模擬中頻的一樣，用來防止后續過程對三階失真的進一步放大。此外，它還能通過自動定標實現動態范圍擴展，此單極點前置濾波器的輸出將連接至自動定標（autorange）檢波器和抗混疊濾波器。
與任何基于 FFT 的中頻結構一樣，抗混疊濾波器必須防止混疊現象（即帶外的混疊信號成為模數轉換器的取樣信號）。這種濾波器擁有多個極點，所以有很大的群時延。
即使是下變頻至中頻的一個快速上升的射頻（RF）脈沖，在經過此抗混疊濾波器時也會經歷大于三個模數轉換器時鐘（30 MHz）周期的時延，這段時延給了頻譜儀時間使其在接近的大信號造成 ADC（模數轉換器）過載之前可將它識別出來?？刂谱詣臃日{節檢波器的邏輯電路會在大信號到達 ADC 前減小信號的增益，從而防止削波。如果信號包絡長時間處于較小值，該自動幅度調節電路就會相應地提高增益，降低輸入端的有效噪聲影響，同時 ADC 之后的數字增益也會作相應地改變以補償 ADC 之前的模擬增益的變化。結果就是當掃頻模式下啟用自動幅度調節功能可以獲得一個很寬動態范圍的“浮點式”模數轉換器。
圖8描繪了高端頻譜分析儀的掃描方式。單極點前置濾波器允許增益在頻譜儀調諧至遠離載波頻率時變得很高，而隨著與載波頻率的逐漸靠近，增益降低，ADC 量化噪聲增大。該噪聲電平的大小取決于信號距離載波的頻率，因此它看起來像是一種階梯狀的相位噪聲。不過，相位噪聲與這種自動幅度調節的噪聲并不同。頻譜分析儀無法避免相位噪聲，而減小前置濾波器的帶寬可以降低大多數載波頻率偏移處的自動幅度調節的噪聲。又由于前置濾波器的帶寬近似等于 RBW 的 2.5 倍，所以減小 RBW 也會減小自動幅度調節的噪聲。
圖8. 自動幅度調節使 ADC 噪聲接近于載波而低于本振噪聲或 RBW 濾波器響應
專用數字信號處理集成電路
我們回到數字中頻的框圖（圖 7），ADC 增益由模擬增益確定并經過數字增益糾正后，一個專用的集成電路開始處理信號樣本。
首先，它把 30 MHz 的中頻信號樣本分離成速率減半（15 Mpairs/s）的 I、Q 兩路，并用一個增益和相位與單極點模擬前置濾波器相反的單級數字濾波器給 I、Q 兩路一個高頻提升。然后 I、Q 信號經過一個接近于理想高斯響應的線性相位濾波器進行低通濾波。高斯濾波器由于最佳地折衷了頻域性能（形狀因子）和時域性能（對快速掃描的響應），經常被應用在掃頻式頻譜分析里。隨著信號帶寬的減小，I、Q 信號可能被抽取并送至處理器作 FFT 處理或解調。盡管 FFT 運算可以覆蓋的頻段跨度高達抗混疊濾波器的 10 MHz 帶寬，但是即使在較窄的 FFT 寬度（比如1 kHz）和窄 RBW（比如 1 Hz）情況下，要進行 FFT 運算也需要 2 千萬個數據點。對較窄的掃寬使用抽取技術可以大大減少 FFT 運算所需的數據點個數，提高計算速度。
對于掃頻分析，經濾波的 I、Q 信號被轉換為幅度/相位對的形式。傳統的掃頻分析，幅度信號經視頻帶寬（VBW）濾波器并通過顯示檢波電路獲取樣本值。對數/線性顯示和每標度分貝值的選擇在處理器中完成，所以信號不必重復測量就可以在屏幕上以任意比例顯示其跡線。
其他視頻處理功能
VBW 濾波器通常用于平滑信號的對數幅度，不過它還有許多其他功能。它能夠在濾波之前將對數幅度轉換為電壓包絡，并在顯示檢波之前以同樣的方法將其轉換回來。
在零掃寬情況下觀察脈沖射頻包絡形狀的理想方法是以線性電壓標度顯示濾出的信號幅度。對數幅度信號也可以在濾波前被轉換為功率信號（幅度的平方）然后再被轉換回去。功率信號濾波使得分析儀對具有類噪聲特性的信號，如數字通信系統信號和對具有相同 rms 電壓值的 CW 信號都給出相同的平均響應。一個日益增長的應用需求是測量一個信道或一段頻率范圍內的總功率。
在這種測量中，顯示數據代表的是本振掃過該數據點的時間段內的平均功率。VBW 濾波器還可以被配置為一個累加器對對數、電壓或功率進行平均。
頻率計數
掃頻式頻譜分析儀通常都有一個頻率計數器。它負責記錄中頻信號的過零次數以及在余下轉換過程中相對于本振已知偏移量的頻率偏移。如果計數器能夠達到每秒計一次，可以實現 1 Hz 的高分辨率。
由于采用了數字合成本振和全數字 RBW，信號分析儀的固有頻率精度很高（掃寬的千分之一）。另外，信號分析儀還包含一個不僅能記錄過零次數，還能記錄相位變化的頻率計數器。所以它能夠在 0.1 秒內分辨數十毫 Hz 的頻率。有了這種設計，分辨頻率變化的能力不再受頻譜儀的限制，而是由待記錄信號的噪聲水平決定。
全數字中頻的更多優勢
我們已經討論了全數字中頻信號分析儀的諸多功能：功率/電壓/對數視頻濾波、高分辨率頻率計數、存儲跡線的對數/線性轉換、卓越的形狀因子、顯示數據點的平均檢波模式、160 個 RBW，當然還有FFT 和掃頻處理。頻譜分析中，RBW 濾波器的濾波過程會產生頻率和幅度測量上的誤差，該誤差隨掃描速率的變化而變化。對于固定水平的誤差，全數字中頻結構中線性相位的 RBW 濾波器比起模擬濾波器具有更快的掃描速度。數字實現還可以進行眾所周知的頻率和幅度讀數補償，允許的掃描速度通常是老式頻譜儀的四倍。高端信號分析儀可以達到 50 倍以上的掃描速度。
數字技術實現的對數放大非常精確。整個分析儀的典型誤差比制造商用來檢驗對數保真度的測量不確定度小很多。當分析儀混頻器輸入低于 -20 dBm 的任意電平時，對數保真度的指標為 ±0.07 dB。與模擬中頻一樣，對數放大器的范圍不會限制低電平信號的對數保真度，這個范圍只受混頻器輸入端的 -155 dBm 噪聲的限制。由于上游電路高功率處的單音壓縮，混頻器輸入端低于 -10 dBm 信號的保真度指標降至 ±0.13 dB。與之相比，模擬對數放大器的指標容限通常在 ±1 dB 的范圍。
其他與中頻相關部件的精度也有所提高。中頻預選器是模擬的，必須像模擬濾波器那樣做校準，因此受制于校準誤差。但它的性能比大多數模擬濾波器好得多。由于需要制造的結構只有 1 級，相比模擬中頻分析儀的 4 級或 5 級濾波器，這樣的濾波器穩定很多。從而 RBW 濾波器之間的增益變化指標被控制在 0.03 dB，優于全模擬中頻設計 10 倍。
中頻帶寬的精度取決于濾波器數字部分的穩定性限制和模擬預選器的校準不確定度。還是同樣，預選器非常穩定，僅貢獻了 5 級結構 RBW 所產生誤差的 20%。所以，大部分 RBW 值都在他們指定設置帶寬的 2% 之內，而模擬中頻分析儀的指標是 10% 至 20%。
提高帶寬精度最重要的目的是最小化信道功率以及類似測量的不準確性。我們知道RBW 濾波器的噪聲帶寬指標比其 2% 的設置容限更好，噪聲游標和信道功率測量的容限經修正是 ±0.5%。因此，帶寬不確定度對噪聲密度和信道功率測量的幅度誤差影響只有 ±0.022 dB。
最后，因為沒有依賴于基準電平的模擬增益階段，分析儀不會出現“中頻增益”錯誤。所有這些技術的改進都意味著應用全數字中頻會大大提高頻譜分析儀的測量精度，同時它還使在改變頻譜儀設置的時候不會嚴重影響測量不確定度。
數字中頻和信號分析儀/頻譜分析儀常見問題解答
什么是中頻（IF）？為什么叫“中頻”？
答：中頻（Intermediate Frequency，IF）是介于射頻（RF）和基帶（Baseband）之間的“中間處理頻率”。在超外差接收機中，RF信號會先被下變頻到一個固定頻率，便于后續濾波與放大。之所以叫“中頻”，是因為它既不是高頻的 RF，也不是低頻的基帶，是信號處理的“中間站”。
為什么無線電接收機需要中頻？不能直接處理RF 嗎？
答：不能直接處理 RF 的原因主要有三點：
將不同電臺的 RF 信號統一轉換到固定IF，讓整個后端只針對一個頻率優化，大大提高性能并降低成本。
中頻是如何產生的？
答：中頻是通過“混頻”產生。
接收機把來自天線的 RF 信號 (f?)與本振（LO）信號 (f?)混合，混頻器會產生：
接收機會用濾波器選出差頻，并固定為如 455 kHz 或 10.7 MHz，這就是中頻。
為什么 AM收音機的中頻通常是 455 kHz？
答：455 kHz 是工程上的折中選擇，原因包括：
因此 455 kHz 成為AM 接收機的行業標準。
中頻的主要優勢有哪些？
答：中頻的主要優勢包括：
什么是數字中頻？它與傳統IF 的主要區別是什么？
答：當信號在早期就被 ADC 數字化后，中頻處理由DSP 算法接管，即為數字中頻（Digital IF）。數字中頻與模擬中頻相比：
對比點 | 模擬中頻 | 數字中頻 |
濾波器 | LC / 晶體濾波器 | 數字濾波器，選擇性極高 |
帶寬 | ≥1 kHz 限制多 | 可做到 1 Hz |
掃頻速度 | 較慢 | 高達幾十倍提升 |
穩定性 | 受元件老化影響 | 恒定、可校準 |
動態范圍 | 有明顯限制 | 可實現類似“浮點”行為 |
數字中頻讓頻譜分析儀性能跨越式提升。
數字濾波器相比模擬濾波器有什么優勢？
答：現代頻譜儀核心競爭力就在數字濾波器，因為
頻譜分析儀有什么用途？
頻譜分析儀可在整個頻率范圍內測量輸入信號的幅度與頻率的關系，從而確定信號的功率。 頻譜分析儀能夠進行噪聲系數和信噪比（SNR）等測試，表征器件的性能及其對整體系統性能的貢獻。
信號分析儀能夠做什么？
信號分析儀能夠測量輸入信號在單個頻率上的幅度和相位。 信號分析儀將掃頻調諧頻譜分析儀的超大動態范圍與矢量信號分析儀（VSA）的強大功能相結合，能夠執行信道內測量，例如需要幅度和相位信息的誤差矢量幅度（EVM）測量。
信號分析儀和頻譜分析儀有什么區別？
頻譜分析儀主要用于測量輸入信號的幅度與頻率的關系。 信號分析儀則是同時測量輸入信號在單個頻率上的幅度和相位。
示波器與頻譜分析儀/信號分析儀有什么區別？
我們通常將時間作為參考框架， 關注何時會發生某些特定事件。 這其中包括電氣事件。 示波器使您能夠查看特定電氣事件的瞬時值（或某些其他事件通過適當的傳感器轉換而來的電壓值）隨時間的變化。 換句話說，我們可以使用示波器在時域中查看信號的波形。 傅立葉理論告訴我們，任何時域的電現象都是由一個或多個具有適當頻率、幅度和相位的正弦波組成。 這也就是說，我們可以將一個時域信號轉換為頻域的等效信號。 頻譜分析儀和信號分析儀可以在頻域中測量每個特定頻率的能量。
頻譜分析儀的工作原理是什么？
一個在時域中看起來非常復雜的信號在頻域中表現得卻完全不同。 時域測量結果顯示的是一個不純凈的正弦波。 如果不進行頻域測量，那么我們還是無法知道其二次諧波的來源和頻率。 頻譜分析可以單獨顯示頻譜分量，從而揭示干擾的來源。 時域提供的信息（如信號脈沖的上升時間和下降時間）固然很重要，但頻域使您能夠確定信號的諧波內容，如帶外發射和失真。
什么是實時頻譜分析儀（RSA / RTSA）？
實時頻譜分析儀可以先在時域中收集數據，然后通過快速傅立葉變換（FFT）將其轉換為頻域數據。 實時頻譜分析儀能夠迅速捕獲瞬態和快速信號。
頻譜分析儀主要有哪些類型？
頻譜分析儀主要有兩大類：掃頻調諧分析儀和實時分析儀。
現代頻譜分析儀采用了數字信號處理技術，可以提供更多的測量功能，使您可以更輕松地解讀測量結果。 無論是掃頻調諧分析儀還是實時頻譜分析儀，它們均可顯示幅度隨頻率的變化。 不過，每種分析儀具體是如何處理和顯示此信息的呢？ 實時頻譜分析儀可以同時顯示所有頻率分量的能量。 掃頻調諧頻譜分析儀則是按順序顯示測量結果，換句話說，它并非“實時”測量。 這是因為掃頻調諧分析儀使用了一個窄濾波器，此濾波器在一個頻率范圍內進行調諧以生成頻譜顯示。 如欲深入了解各種類型的頻譜分析儀，請點擊此處。
為什么高端頻譜分析儀要使用“全數字中頻”？
答：全數字中頻帶來多個革命性好處：
簡而言之：又快、又準、又穩定。
在信號分析儀中，中頻為何是實現EVM、相位測量的基礎？
答：因為矢量信號分析（VSA）需要獲取I/Q 數據，而這只能在數字化之后、即“數字中頻階段”完成。數字中頻使得：
因此現代信號分析儀全都依賴數字中頻。
中頻技術如何影響頻譜分析儀的校準與測量精度？
答：數字中頻讓校準更簡單、也更穩定，例如使用 Keysight RCal可自動建立校正數據。全數字中頻 IF 幾乎消除了：
因此數字中頻儀器測量精度更高，誤差通常比模擬時代低一個數量級。
為什么超外差架構必須使用固定中頻，而不能直接對 RF 做帶通濾波？
答：在高頻 RF 下，濾波器的 Q 值、溫漂、器件寄生參數會顯著劣化。若直接在 RF 上設計高選擇性濾波器，將面臨：
通過固定 IF，將所有頻道轉換到同一頻率，使：
因此固定中頻是超外差架構的核心工程優勢，而非歷史偶然。
全數字中頻是如何提升頻率測量精度的？
答：采用數字 IF 后：
最終頻率測量精度通常達到：
這在模擬時代是無法實現的。
如何校準頻譜分析儀？
您可以使用 U9361 RCal 接收機校準儀，按照以下步驟，對頻譜分析儀/信號分析儀執行準確、可靠的校準：
將 RCal 通過大功率 USB 端口連接到信號分析儀。
將信號分析儀的 10 MHz 參考信號連接到 U9361 Rcal 的“Reference In”（參考輸入）端口。
將 RCal 選件參考狀態設置為 EXT（外部）。
將 Rcal 的“射頻輸出”連接到信號分析儀的“射頻輸入”。
信號分析儀預先對這個接口進行了配置。 屏幕上會顯示校準類型、頻率范圍、衰減范圍和點數。
當您進行實際測量時，將 Rcal 的“射頻輸出”連接到被測器件（DUT）所在的路徑點上。
點擊“校準校驗行”將接收機校準儀和信號分析儀進行初始化，生成校正數據。
斷開 RCal 并重新連接信號路徑。 操作將轉移到測量面。信號分析儀可以動態跟蹤您的測量，并根據需要進行狀態校正。
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