信号的波形信息采用示波器显示，如幅度、周期、频率。

信号的频率分布信息使用频谱分析仪显示，如频率、功率、谐波、杂波、噪声、干扰失真。

信号的矢量信息使用矢量分析仪表征，如幅度误差、矢量误差、相位误差。

时域：时域（Time domain）是描述数学函数或物理信号对时间的关系。例如一个信号的时域波形可以表达信号随着时间的变化。

频域：频域（frequency domain）是描述信号在频率方面特性时用到的一种坐标系。在电子学，控制系统工程和统计学中，频域图显示了在一个频率范围内每个给定频带内的信号量。频域，尤其在射频和通信系统中运用较多，在高速数字应用中也会遇到频域。

时域分析与频域分析是对模拟信号的两个观察面。时域分析是以时间轴为坐标表示动态信号的关系；频域分析是把信号变为以频率轴为坐标表示出来。一般来说，时域的表示较为形象与直观，频域分析则更为简练，剖析问题更为深刻和方便。

调制域：描述输入信号随时间而变化的频率值，所产生的显示图像代表信号的调制域，即信号的频率值与时间的关系，实现动态连续测量频率。

       时域中的任何电信号都可以由一个或多个具有适当频率、幅度和相位的正弦波叠加而成。而频谱则是一组正弦波谱线的集合，经适当组合可形成可观察的时域信号。

     频谱分析是一种用于检测和分析振动信号的有效方法，协助了解振动信号的构成（频率、相位、幅度信息）、产生原因和振动特性。其在不同领域作用如下：

       信号分析：通过频谱了解信号的频率成分和能量分布情况，同时通过对信号进行频谱分析，可以确定信号的频率特征，识别不同频率的成分，检测噪音和干扰等。

       通信系统：频谱分析在通信系统中起着至关重要的作用。它可以用于信号调制与解调、频带分配、多路复用等方面的设计与优化，帮助提高通信系统的性能和效率。

       音频处理：音频信号的频谱分析可以用于音乐和语音信号的处理。例如，音乐音频的频谱分析可以提取音符、和弦和音色信息，实现音乐识别和音频合成；语音信号的频谱分析可以用于语音识别、语音增强和语音编码等应用。

      故障诊断：频谱分析可以应用于故障诊断和故障预测领域。通过对设备或系统产生的信号进行频谱分析，可以检测出异常频率成分或频率特征，从而判断是否存在故障或预测故障的发生。

       图像处理：在图像处理中，频谱分析可以用于图像压缩和编码、图像增强和去噪等方面。通过对图像进行频谱变换，如傅里叶变换，可以将图像从时域转换到频域，实现对图像频率信息的分析和处理。

       下图为时域、频域原理图和一些常见波形在时域、频域中的波形图：

现代频谱分析仪实现方式主要包括FFT分析仪和外差式频谱仪。

       输入信号的带宽被A/D变换器前的模拟低通滤波器截断，采样值被保存在存储器RAM中，然后通过计算频域信号，最后频域信息在显示屏幕显示。

      应用范围：进适合测量低频信号，动态范围和最大输入频率只能折中处理，不适合脉冲信号分析。

      备注：FFT是指快速傅里叶变换，实现信号从时域向频域换（时域信号—分解为一系列频率下的正弦//余弦信号，一般指正弦信号）。以正弦信号的频率为横坐标，各个正弦信号的幅值为纵坐标，则可绘制出频率幅值图。同样，以正弦信号的幅值为横坐标，相位值为纵坐标，则可绘制出频率相位图，频率幅值图和频率相位图统称为频谱图。

1）傅里叶变换的好处----正弦信号的特点

通过傅里叶变换我们将时域里 的原信号分解成了一系列频域下的正弦信号。

a: 正弦信号比原信号更加的简单;

b: 对于线性系统来说，正弦信号的频率保持性。当线性系统的输入为正弦信号时，输出仍是同频率的正弦信号。输出的正弦信号的幅值和相位可能发生变化，但是频率与输入正弦信号保持一致性。频率保持性具有很高的工程使用价值。

2）傅里叶变换的离散性和周期性

针对不同的时域信号有着不同的类型的傅里叶变换与之相对应，具体来说有以下四种情况：

3）FFT运行的基本原理？

      FFT计算的是周期时域信号的频谱。对一个时域信号，首先将其分解为多个周期性正弦信号，每个正弦信号都有特定的幅值和频率。FFT显示的则是这些图像转换后的频率和幅值，从而实现时域信号向频域信号转换。

上述FFT变换主要过程如下：

a: 选取时域信号当中的某一段，采样过程。这个地方就涉及到了FFT 的第一个参数块长度（表示一个采样里采了多少个样本，块长度一般是取2的整数幂）。

b: 为了确定正弦信号和时域信号的相关性，以及正弦波所匹配块长度，通过下图所示公式来计算：

对应结果放在频谱中，频谱幅值体现的正弦波与原波形相关性的大小。

然后将频率翻倍并重复该过程，找到与正弦波与原始信号相关性非常高的波形，对应频谱中赋值也比较大。

按照上述方式重复分解，可以将原始信号成功分解成对应的频谱信号。

 需要注意的是图谱的幅值单位不是变频，而被称为Bin。（这个Bin代表了相关性的大小），两个Bin之间的距离为f,这个这个f是固定的，表示的是FFT频谱的频率分辨率。f是不变的，除非改变FFT 的块长度。否则，频率分辨率是不变的。

4) FFT应用

主要用在信号分析方面，分析音频的信号，假设现在有个失真的音频信号，发现他的总斜坡失真比较高，我们此时想知道是什么原因造成这种失真的情况，通过FFT 的频谱就可以帮助我们找到失真信号。FFT还可以用于除错微调，优化。

       频谱仪主要由射频和基带数字处理部分组成。射频部分包括硬件架构、重要参数和实现方式、基带数字处理部分包括IQ信号的矢量分析和检波方式。

     频谱仪主要功能是显示和测量输入信号的频谱分布和幅值。如下扫频式频谱仪组成框图：

       一个信号经过衰减后，通过低通滤波器进入混频器，与一个来自本地振荡器（LO）的信号进行混频。由于混频器是非线性器件，它的输出中除了包含有两个输入信号外，还包含有它们的谐波分量、两个输入信号频率相加和相减所得的信号以及它们的谐波分量。如果有任何混频后输出的信号的频率落在中频滤波器的带通范围内，那么该信号将通过中频滤波器以及后续处理（比如取对数），经过包络检波器的调整，数字化，最后作用在阴极射线管CRT（或LCD屏幕）的垂直平面上，在显示器上产生垂直偏转。一个锯齿波发生器（扫描发生器，SWEEPGENERATOR）是偏转CRT电子束，使之水平地从屏幕的左边扫描到右边。扫描发生器同时也控制本振LO（电子式控制），以便频率变化与锯齿波电压成正比。

      衰减器：衰减器是一种提供衰减的电子元器件，是在指定的频率范围内，一种用以引入一预定衰减的电路，一般以所引入衰减的分贝数及其特性阻抗的欧姆数来标明，其在频谱仪中位置如下图所示：

       注：衰减器类似于信号缩小装置，防止输入信号过大对后级电路产生损坏，同时，输入域输出信号差值能量被衰减器自身消耗转换成热消耗。因此，当衰减器材料结构确定后，衰减器功率容量就会确定。如果实际使用中衰减器功率超过该功率，器件会发生烧毁。器件选型时需要注意电路所使用功率容量。

衰减器广泛地应用于电子设备中，它的主要用途如下：

       通常，衰减器接于信号源和负载之间，衰减器是由电阻元件组成的二端口网络，它的特性阻抗、衰减量都是与频率无关的常数，相移等于零。

        实际应用中，衰减器分为有源和无源两大类。有源衰减器与其他热敏元器件组合成可变衰减器，装置在发达器内用于自动增益或斜率控制电路。无源衰减器可分为固定衰减器和可变衰减两大类，具体设计如下：

a：固定衰减器的设计

常用的固定衰减器有对称型的T型、π型、桥T型和倒L型（不对称型）等几种结构，其电路形式和计算公式如下:

      式中，Rc为二端口网络的特性阻抗（对称时），即输入输出阻抗，Rc1和Rc2两侧特性阻抗，分别为非对称衰减器的输入输出阻抗：，为输入电压与输出电压之比，A为衰减的分贝数。电压比分贝：dB=20lg（Uo/Ui）。

       以上衰减器中，T型、π型、桥T型属于对称衰减器，主要用于衰减。而倒L型属于不对称衰减器，主要用于阻抗匹配。

       倒L型不对称衰减器构成阻抗匹配器，与对称衰减器所不同的是，不能指定衰减量，其输入输出阻抗确定后，其衰减量也就确定了。其衰减值见下表。

表1  倒L型衰减器衰减值与输入输出阻抗比的关系

Rc1/Rc2

20

15

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

衰减量

39.49

29.49

19.49

17.48

15.48

13.48

11.48

9.47

7.46

5.45

3.41

0

值得注意的是，桥T型衰减器中，有两个电阻的值即为特性阻抗（输入输出电阻），且计算公式简洁，用于组成可调衰减器非常方便。

衰减器对本底噪声的影响如下图所示：

      低通滤波器的作用是阻止高频信号到达混频器，防止外带信号与本振相混频在中频产生多余的频率响应。预选器是一种可调滤波器，能够滤除我们所关心的频率以外的其他频率上的信号。

      从混频器输出的所有信号分量中，我们所需要的是由本振与输入信号之和以及本振和输入信号之差所产生的信号分量（IF：intermediate frequency—中频）。

混频简介：

      在一个跟定的射频信号，具有理想本振的理想混频器只产生两个信号输出，一个是射频与本振只和，一个是射频与本振只差，通过滤波器选取所希望的信号，选取IF频率比RF频率低，称之为下变频，反之为上变频。

混频计算方式1：

ARF为射频信号的幅度，fRF为射频的频率，ALO为本振信号的幅度，fLO为本振的频率，IF为中频信号。

混频计算方法2：

理想混频器的频谱图

实际混频器的频谱图

      实际混频器的频谱图，从图中可以看出，混频器输出大量附近的，不希望的成分，包括混频器RF和LO的基波、谐波以及基波和谐波的和差分量，这些成分会危害射频系统，比如产生杂散，造成噪声恶化等等。

       本振：本振是本机振荡器的简称，一般用于接收机中，器作用是产生一个频率（本振频率）与频谱仪输入RF信号频率混频，产生固定频率的中频信号。

       中频信号的频率=本振信号的频率±输入信号的频率

       参考时基，时基即时间基准，在电子线路中主要用于表示数字电路中的基准电路。参考时基的精度决定频谱仪的频率精度和相位噪声

      中频增益是指对中频信号的放大倍数，用于调节信号在显示器上的垂直位置而不会影响信号在混频输入端的电平。射频输入衰减器和中频增益是联动进行。

       中频滤波器带宽（RBW）是指中频链路上最小的中频滤波器带宽，决定了能够通过的信号及宽带噪声的功率。一般中频滤波器的3dB带宽称为频谱仪的分辨率带宽RBW。RBW又称为分辨率带宽，以双音信号为例进行如下说明：

        如图所示测试等幅双音信号（如绿色谱线）。如果双音信号频间距远小于中频滤波器的带宽，频谱仪则无法“分辨”出这两根谱线，则会“误认为”是一根谱线。当频间距与中频滤波器带宽相等时，频谱仪如图（中）所示图像，通常将此时频率带宽称为可分辨的临界点。如果将RBW设置远小于频间距，则可以非常清晰的将两个信号进行分辨，如图（右）所示。以此类推，对于多音信号，只有中频滤波器带宽远远小于最小频间距时，频谱仪才可以清晰地分辨出来。因此，中频滤波器的带宽决定了频谱仪的频率分辨率。

注：单音信号，只有一个恒定频率的信号。双音信号，有两个不同频率的正弦信号。

       此外，RBW还影响信噪比和测试速度。RBW值越大，频谱仪的底噪越高。在测试比较微弱的信号时，可以通过降低RBW来提高频谱仪的测试灵敏度。当RBW设置越小，频谱仪的扫描速度会越慢，这是因为：滤波器的带宽越小，瞬态响应时间越长，也就是需要更长的时间建立冲激响应。

      检波器：从已调信号中检出调制信号的过程称为解调或检波，解调的目的是为了恢复被调制的信号、识别波、振荡或信号存在或变化，用以完成这个任务的电路称为检波器。此外，检波器通常用来提取所携带的信息。

       包络检波器的典型电路和波形图如下。由中频或高频放大器输出的标准调幅信号ua(t）加在L1C1回路两端。经检波后在负载RLC上产生随ua(t）的包络而变化的电压uo(t），其波形如图（右）所示。这种检波器的输出u(t）与输入信号ua(t）的峰值成正比，所以又称峰值检波器。

        包络检波器的工作原理可用图（右）波形来说明。在t1