頻譜分析儀是用來顯示頻域信號(hào)幅度的儀器，在射頻領(lǐng)域有“射頻萬用表”的美稱。在射頻領(lǐng)域，傳統(tǒng)的萬用表已經(jīng)不能有效測(cè)量信號(hào)的幅度，示波器測(cè)量頻率很高的信號(hào)也比較困難，而這正是頻譜分析儀的強(qiáng)項(xiàng)。本講從頻譜分析儀的種類與應(yīng)用入手，介紹頻譜分析儀的基本性能指標(biāo)、操作要點(diǎn)和使用方法，供初級(jí)工程師入門學(xué)習(xí)；同時(shí)深入總結(jié)頻譜分析儀的實(shí)用技巧，對(duì)頻譜分析儀的常見問題以Q/A的形式進(jìn)行歸納，幫助射頻的工程師和愛好者進(jìn)一步提高。

　　頻譜分析儀的種類與應(yīng)用

　　頻譜分析儀主要用于顯示頻域輸入信號(hào)的頻譜特性，依據(jù)信號(hào)處理方式的差異分為即時(shí)頻譜分析儀和掃描調(diào)諧頻譜分析儀兩種。完成頻譜分析有掃頻式和FFT兩種方式：FFT適合于窄分析帶寬，快速測(cè)量場(chǎng)合；掃頻方式適合于寬頻帶分析場(chǎng)合。

　　即時(shí)頻譜分析儀可在同一時(shí)間顯示頻域的信號(hào)振幅，其工作原理是針對(duì)不同的頻率信號(hào)設(shè)置相對(duì)應(yīng)的濾波器與檢知器，并經(jīng)由同步多工掃瞄器將信號(hào)輸出至螢?zāi)唬瑑?yōu)點(diǎn)在于能夠顯示周期性雜散波的瞬時(shí)反應(yīng)，但缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，且頻寬范圍、濾波器的數(shù)目與zui大多工交換時(shí)間都將對(duì)其性能表現(xiàn)造成限制。

　　掃瞄調(diào)諧頻譜分析儀是zui常用的頻譜分析儀類型，它的基本結(jié)構(gòu)與超外差式接收器類似，主要工作原理是輸入信號(hào)透過衰減器直接加入混波器中，可調(diào)變的本地振蕩器經(jīng)由與CRT螢?zāi)煌降膾呙楫a(chǎn)生器產(chǎn)生隨時(shí)間作線性變化的振蕩頻率，再將混波器與輸入信號(hào)混波降頻后的中頻信號(hào)放大后、濾波與檢波傳送至CRT螢?zāi)唬虼薈RT螢?zāi)坏目v軸將顯示信號(hào)振幅與頻率的相對(duì)關(guān)系。

　　基于快速傅立葉轉(zhuǎn)換（FFT）的頻譜分析儀透過傅立葉運(yùn)算將被測(cè)信號(hào)分解成分立的頻率分量，進(jìn)而達(dá)到與傳統(tǒng)頻譜分析儀同樣的結(jié)果。新型的頻譜分析儀采用數(shù)位方式，直接由類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器（ADC）對(duì)輸入信號(hào)取樣，再經(jīng)傅立葉運(yùn)算處理后而得到頻譜分布圖。

　　頻譜分析儀透過頻域?qū)π盘?hào)進(jìn)行分析，廣泛應(yīng)用于監(jiān)測(cè)電磁環(huán)境、無線電頻譜監(jiān)測(cè)、電子產(chǎn)品電磁兼容測(cè)量、無線電發(fā)射機(jī)發(fā)射特性、信號(hào)源輸出信號(hào)品質(zhì)、反無線竊聽器等領(lǐng)域，是從事電子產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)的常用工具，特別針對(duì)無線通訊信號(hào)的測(cè)量更是必要工具。另外，由于頻譜儀具有圖示化射頻信號(hào)的能力，頻譜圖可以幫助我們了解信號(hào)的特性和類型，有助于zui終了解信號(hào)的調(diào)制方式和發(fā)射機(jī)的類型。在軍事領(lǐng)域，頻譜儀在電子對(duì)抗和頻譜監(jiān)測(cè)中被廣泛應(yīng)用。頻譜儀可以測(cè)量射頻信號(hào)的多種特征參數(shù)，包括頻率、選頻功率、帶寬、噪聲電平、鄰道功率、調(diào)制波形、場(chǎng)強(qiáng)等。

　　頻譜分析儀常被用來放大器增益、頻率響應(yīng)與被動(dòng)元件特性量測(cè)、失真度測(cè)量、通訊監(jiān)測(cè)

　　有線電視影像資訊的量測(cè)，以及天線特性的量測(cè)。

　　關(guān)于頻譜分析儀分類與應(yīng)用的詳細(xì)介紹請(qǐng)查看：

　　頻譜分析儀的種類與應(yīng)用

　　應(yīng)用頻譜分析儀進(jìn)行信號(hào)分析，首先需要了解頻譜分析儀的相關(guān)性能指標(biāo)。

　　頻譜分析儀的性能指標(biāo)與操作要點(diǎn)

　　頻譜分析儀的基本性能指標(biāo)包括頻率、幅度以及測(cè)試精度和測(cè)試速度。

　　其中，影響頻譜分析儀頻率分辨率性能的因素包括RBW、本振寄生調(diào)頻、中頻濾波器矩形系數(shù)，以及本振相位噪聲。其中RBW是中頻濾波器3dB帶寬。RBW設(shè)置會(huì)影響頻譜儀測(cè)試速度，當(dāng)濾波器帶寬小時(shí)，其響應(yīng)時(shí)間會(huì)相應(yīng)變長(zhǎng)。

　　以下是掃頻式頻率分析儀基本性能指標(biāo)的影響因素及相應(yīng)的操作要點(diǎn)：

　　頻率測(cè)量范圍

　　掃頻式頻率分析儀分析頻率范圍由本振范圍決定；

　　頻率分辨率

　　掃頻式頻率分析儀頻率分辨率與中頻率濾波器和本振有關(guān)；

　　測(cè)試中可通過減小RBW來提高頻率分析分辨率

　　頻率分析儀靈敏度

　　掃頻式頻率分析儀分析靈敏度與中頻率濾波器、衰減器設(shè)值、視頻濾波器和本振有關(guān)。其中頻譜儀內(nèi)部混頻器及各級(jí)放大器會(huì)產(chǎn)生噪聲，通過檢波器會(huì)反映為顯示白噪聲電平（DANL）。而頻譜儀噪聲會(huì)影響被測(cè)信號(hào)功率測(cè)試：頻譜儀顯示信號(hào)=輸入信號(hào)+內(nèi)部噪聲。衰減器設(shè)值大，噪聲電平高。噪聲電平隨RBW按10㏒規(guī)律變化。測(cè)試中可通過減小RBW;VBW,衰減器設(shè)值和前置放大來提高分析靈敏度

　　頻率分析儀內(nèi)部失真

　　掃頻式頻率分析儀分析內(nèi)部失真與混頻器工作電平，中頻放大器性能有關(guān)。各階非線性失真變化規(guī)律為高階失真信號(hào)幅度比基波信號(hào)變化速度快。由于混頻器工作電平= 輸入信號(hào)電平- 衰減器設(shè)值，為減小頻譜分析儀內(nèi)部失真，混頻器應(yīng)工作在盡量低電平，應(yīng)加大衰減器設(shè)值。衰減器設(shè)值小時(shí)，頻譜儀內(nèi)部失真大、噪聲電平低；衰減器設(shè)值大時(shí)，頻譜儀內(nèi)部失真小、噪聲電平高。

　　頻率分析儀衰減器

　　掃頻式頻率分析儀衰減器設(shè)置在靈敏度指標(biāo)和內(nèi)部失真指標(biāo)間折。通過改變衰減器設(shè)置可判斷頻譜分析儀測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性。

　　頻譜儀對(duì)信號(hào)功率的測(cè)量

　　掃頻式頻譜儀測(cè)量功率結(jié)果與其檢波方式和平均方式有關(guān)。頻譜儀檢波方式有Peak、Negative Peak、Sample、Averaging Detectors.

　　Peak檢波方式： 適合CW 信號(hào)及信號(hào)搜索測(cè)試

　　Sample檢波方式：適合于噪聲信號(hào)測(cè)試

　　Neg Peak檢波方式：適合于小信號(hào)測(cè)試

　　Averaging Detectors:適合于ACPR及通道功率指標(biāo)測(cè)試

　　RMS檢波方式：適合于對(duì)類噪聲信號(hào)（CDMA）總功率測(cè)量

　　其中Averaging Detectors功率測(cè)量顯示由多個(gè)包絡(luò)電平值的平均得到，Averaging Detectors可減少顯示信號(hào)的抖動(dòng)，掃描速度越高，平均效果越明顯。

　　平均方式包括Log,、Lin、Power.Log平均（窄VBW、trace平均）適合于低電平CW信號(hào)測(cè)試；電壓平均適合于脈沖信號(hào)上升下降時(shí)間測(cè)量；功率平均適合于信號(hào)平均功率測(cè)量。

　　根據(jù)頻譜分析儀的各項(xiàng)性能指標(biāo)，可對(duì)模擬調(diào)制信號(hào)和數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行分析。下面是頻譜分析儀的相關(guān)使用指導(dǎo)。

　　頻譜分析儀的使用

　　對(duì)于測(cè)量的可測(cè)與不可測(cè)與否，*取決于頻譜分析儀的設(shè)定。這包括了對(duì)衰減器、頻率范圍與解析度頻寬的設(shè)置。頻譜分析儀的設(shè)定包括頻率范圍、解析度和動(dòng)態(tài)范圍，動(dòng)態(tài)范圍又涉及zui大輸入功率即燒毀功率，增益壓縮使小于1W的輸入信號(hào)一旦超過線性工作區(qū)域便會(huì)出現(xiàn)誤差。此外靈敏度也是考慮頻譜分析儀對(duì)輸入信號(hào)可測(cè)與否的關(guān)鍵。

　　參數(shù)頻率范圍要從兩個(gè)方面觀察，一是頻率范圍的設(shè)定是否夠窄，以具有足夠的頻率分辨能力，也就是夠窄的掃頻寬度。二是頻率范圍是否有足夠的寬度，是否可以測(cè)到第二次、第三次諧波。當(dāng)用頻譜分析儀測(cè)量一個(gè)放大器諧波失真的時(shí)候，若放大器為1GHz,則它的三次諧波就是3GHz,這就是要考慮頻率范圍的zui大可測(cè)寬度。如果頻譜儀是1.8GHz,就不能進(jìn)行量測(cè)，如果頻譜分析儀是 26.5GHz,就可以測(cè)到它的第三，第四次諧波。

　　解析度也是頻譜分析儀中非常重要的參數(shù)設(shè)定。解析度表示當(dāng)要測(cè)量?jī)蓚€(gè)頻率的功率不一樣時(shí)，必須將它們區(qū)分開來。將中頻頻寬設(shè)置成三種不同的寬度，下面所對(duì)應(yīng)的就是在這一頻寬設(shè)置時(shí)所看到的曲線。中頻頻寬越窄則解析度越高，中頻頻寬越寬則解析度越低。解析度頻寬直接影響到微小信號(hào)的識(shí)別能力和測(cè)量的結(jié)果。

　　在頻譜分析儀的使用中應(yīng)注意什么問題呢？以下是對(duì)頻譜分析儀注意要點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)歸納。

　　頻譜分析儀實(shí)用技巧

　　1） 頻譜分析儀的校準(zhǔn)：頻譜分析儀一般都有固定幅度和頻率的校準(zhǔn)器，使用頻譜分析儀測(cè)量信號(hào)特別信號(hào)電平測(cè)量時(shí)，需要對(duì)頻譜分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)，以保證信號(hào)測(cè)量精度；另外，通過校準(zhǔn)信號(hào)的測(cè)量，可以檢查頻譜分析儀是否有問題。

　　2） 射頻輸入信號(hào)電平小于頻譜分析儀允許的安全電平：在頻譜分析儀輸入端接入射頻信號(hào)之間，一定要對(duì)輸入信號(hào)電平進(jìn)行正確估算，避免頻譜分析儀射頻輸入大于頻譜分析儀允許的安全電平，否則將會(huì)燒毀頻譜分析儀輸入衰減器和混頻器。特別是在高功率信號(hào)測(cè)量中，要格外小心謹(jǐn)慎。例如用頻譜分析儀測(cè)量1W以上高功率放大器時(shí)，注意在頻譜分析儀輸入端接衰減器，以使頻譜分析儀的射頻輸入信號(hào)小于頻譜分析儀允許的安全電平。

　　3） 確定頻譜分析儀是否允許直流信號(hào)輸入：某些頻譜分析儀不允許直流信號(hào)輸入，因此注意測(cè)量信號(hào)是否包含直接成分。特別是在某些系統(tǒng)中，射頻信號(hào)和直流信號(hào)用同一根電纜傳輸，此時(shí)要特別小心，信號(hào)接入頻譜分析儀射頻輸入端口之前，一定在頻譜分析儀輸入端接隔直流器，以免損壞儀器。例如在很多衛(wèi)星通信系統(tǒng)，低噪聲放大器的直流加電線和射頻信號(hào)傳輸采用同一根電纜，測(cè)量這樣射頻信號(hào)時(shí)，特別注意在頻譜分析儀射頻輸入接隔直流器，保護(hù)頻譜分析儀的射頻輸入電路。

　　4） 低電平信號(hào)測(cè)量：頻譜分析儀的靈敏度是指在特定帶寬下，頻譜分析儀測(cè)量小信號(hào)的能力。因此，在測(cè)量低電平信號(hào)時(shí)，特別是測(cè)量信號(hào)接近頻譜分析儀本底噪聲時(shí)，應(yīng)減小頻譜分析儀的射頻衰減和分辨帶寬，提高頻譜分析儀的靈敏度，提高低電平信號(hào)的測(cè)量精度。另外減少視頻帶寬和采用視頻平均技術(shù)，雖然不影響頻譜分析儀的靈敏度，但可以改善小信號(hào)測(cè)量精度。

　　5） 合理設(shè)置頻譜分析儀參數(shù)：在測(cè)試射頻信號(hào)時(shí)，合理設(shè)置頻譜分析儀的分辨帶寬、掃頻帶寬、視頻帶寬和掃描時(shí)間等，確保頻譜分析儀CRT不出現(xiàn)測(cè)量不準(zhǔn)的信號(hào)提示。當(dāng)頻譜分析儀CRT出現(xiàn)測(cè)量不準(zhǔn)信息，此時(shí)測(cè)量無法保證測(cè)量精度。