频谱分析仪主要用于显示频域输入信号的频谱特性，因此对于信号分析而言是不可缺少的量测仪器。频谱分析仪是透过频域对信号进行分析、研究，并同时应用于更多不同领域，例如无线讯号收发器、信号干扰的检测、频谱监测、以及元件特性分析等，是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具，特别针对无线通讯信号的测量更是必要工具，其应用十分广泛，因此也有工程师将之称为射频量测的万用电表。
其主要功能包括：频率设置、基准电平设置、跟踪发生器设置、跟踪控制设置、利用标记功能测量回波损耗，以及频宽、扫描时间及触发控制设置等功能。
针对时域方面的信号量测，示波器是一项非常重要且很有效率的量测仪器，它能直接显示信号波幅、频率、周期、波形与相位等之响应变化。一般来说，示波器都必须具备双轨迹输出显示装置，同时内建有IEEE-488、IEEE-1394或RS-232等介面功能以便与绘图仪器连结，而利于后续量测显示资讯输出与绘图的研究比较之用。只是示波器缺点在于只侷限于低频信号，对于高频信号的分析便成为一大挑战。
频谱分析仪的优势，正是在于弥补示波器针对高频信号分析的不足，并可同时将多频信号以频域的方式来呈现，以方便辨识各不同频率的功率装置，并显示信号在频域里的特性。
频谱分析仪种类介绍
在通信上，量测频率中有一项工作室检测信号在频域的情况。而频谱分析仪就是为了这个目的而研发出来的仪器，并且被广泛使用在测量通信的参数，如averagenoiselevel、dynamicrange、frequencyrange或是其它。除此之外，还可以利用在时域的量测，像是测量传输输出功率等项目。
依功能来区分，可以将频谱分析仪想成：计频器+功率计。因为计频器只能量测讯号的频率，而功率计只能量测讯号的功率，若两者要同时得到，频谱分析仪就可以达到此目地。
如果要完全地分析且清楚一个信号的特性，除了使用示波器从时域去观察信号外，还需要从频率的角度去分析信号。只用示波器来观察信号并不能看出信号全部真正的面貌，只能看到组成之后的波形；例如方波，它其实是经过许多信号的累积而形成的一种信号。
时域与频域的差异
在射频电路中可能会有放大器（Amplifier）、振荡器（Oscillator）、混频器（Mixer）、滤波器（Filter）等电路组件，单纯只用示波器来观察的话，根本无法察觉该组件在电路中的变化，这时候就必须使用频谱分析仪，分析其频率响应来说明电路的特性。图1说明了时域与频域上的差别。
频谱分析仪的种类
频谱分析仪一般而言分成两种类型，RealTime频谱分析仪（SA）与SweepTuned频谱分析仪两种类型。
频谱分析仪（SA）
这类型的SA称为实时性频谱分析仪，顾名思义是能立即把信号滤出来，所以它使用了许多平行架构的滤波器来分布在所有的频宽范围中，而信号一经输入之后没有Delay就能马上表示出来，如图2所示，为实时性频谱分析仪的架构。
实时性频谱分析仪的好处即是可以立即的将信号滤出来，而且Filter的频宽可以依照不同的span来作调整与改变，不过这类型的频谱仪，zui大的问题在于因为它使用大量的滤波器来作实时处理，所以价格非常昂贵，且频宽都不会很高，一般而言约10MHz-30MHz左右。
实时性频谱分析仪的架构
频谱分析仪
在这类型的频谱分析仪当中，又可区分为两大类，RF调谐方式、超外差扫描方式。
（A）RF调谐方式
图3所示的为RF调谐方式架构而成的频谱分析仪方块图，它是使用一个带通可调的滤波器（TunableFilter），由一扫描仪来调变期带通宽度，进而使得相关的频率信号通过并加至垂直偏向版（即CRT中的横轴），而CRT中的水平轴受扫描仪频率同步的控制，使不同的频率信号在水平轴上分别对应地呈现。
使用此种方式构成的频谱分析仪较为简单，能包含较广的频率范围且价格便宜，但是灵敏度与频率特性等效能较差，且滤波器的带宽固定，即频率的分辨率无法改变。由于此种调谐型的频谱分析仪较为经济以及所能测量的频率范围较广，故早期的微波频带的频谱分析常常使用这一方式；但是较可惜的，因为此种方式是以扫瞄器来调变滤波器的带通，故扫描仪的扫描速度不能太快，通常在数个MHz/s左右，当扫描超出这个比值，滤波器对于信号的响应尚未达到100%时，滤波器的带通范围已经改变，所以所测出的值往往会较小于原来的信号而不准确。
图3RF调谐方式的频谱分析仪架构
（B）超外差式频谱分析仪
由于调谐式的频谱分析仪的灵敏度与准确性不高，所以目前使用zui广的频谱分析仪是超外差式的频谱分析仪，如图4。此种方式乃将输入滤波器的带通固定，使用一个频率可变的本地振荡器，使之产生随着时间而作线性变化的振荡频率。将此可变的振荡频率与输入信号在混波器（Mixer）混合后，产生一中频。此中频成为接收机的输出，加至屏幕的垂直偏向版（横轴），且巨齿波电压亦同时加至水平偏向板（纵轴），结果在屏幕上显示出的信号为频率与振幅的对应关系。现在就根据图4中每一个单元作简单的介绍：
超外差式频谱分析仪架构
衰减器因为混波器的RF输入zui大线性范围有限，这对一般的量测是不够用的，因此必须将过大的信号预先衰减到混波器的RF输入线性范围。经过混波器之后，在利用放大器将之还原。但这种架构会造成频谱分析仪上的显示噪声位准，随着衰减器的值而起伏。
混波器（Mixer）：RF信号与本地振荡器（LO）信号经过混波器之后，会产生许多两者之间频率倍数相加减的信号。而当输入信号与本地振荡器经过混频之后，会产生三种中频的可能（或者更多），可用以下公式来求出所要的正确中频信号：
从（1）式来看，所产生的中频频率远高过频谱分析仪内中频滤波器的协振频率，故不能为此仪器所接受。而（3）式所产生之中频，其输入信号之频率必须比高，所以此种信号比振荡频率高的射频就会被排除在外。故zui后只有第（2）式中所产生之中频才为政确之中频信号。
解析频宽滤波器：RBW滤波器也称中频滤波器，他的作用是将RF频率与本地振荡频率相检的信号，也就是所谓的IF信号，由混波器产生的众多频率中过滤出来。使用者可藉由频谱分析一面板上的RBW控制钮选择不同的3dB频宽的RBW滤波器。由图5中可看出，RBW设的愈窄，所观察到的频率分布就越细微，也降低了噪声位准。
掌握频谱分析仪的使用及原理是非常重要的，下问通过这几点来详述一下这款仪器，希望通过此文的阅读，能够帮助到大家。
一、什么是频谱分析仪在频域内分析信号的图示测试仪。以图形方式显示信号幅度按频率的分布，即X轴表示频率，Y
二、轴表示信号幅度。
二、原理：用窄带带通滤波器对信号进行选通。
三、主要功能：显示被测信号的频谱、幅度、频率。可以全景显示，也可以选定带宽测试。
四、测量机制：
1、把被测信号与仪器内的基准频率、基准电平进行对比。因为许多测量的本质都是电平测试，如载波电平、A/V、频响、C/N、CSO、CTB、HM、CM以及数字频道平均功率等。频谱分析仪
2、波形分析：通过107选件和相应的分析软件，对电视的行波形进行分析，从而测试视频指标。如DG、DP、CLDI、调制深度、频偏等。
五、操作：
（一）硬键、软键和旋钮：这是仪器的基本操作手段。
1、三个大硬键和一个大旋钮：大旋钮的功能由三个大硬键设定。按一下频率硬键，则旋钮可以微调仪器显示的中心频率；按一下扫描宽度硬键，则旋钮可以调节仪器扫描的频率宽度；按一下幅度硬键，则旋钮可以调节信号幅度。旋动旋钮时，中心频率、扫描宽度（起始、终止频率）、和幅度的dB数同时显示在屏幕上。
2、软键：在屏幕右边，有一排纵向排列的没有标志的按键，它的功能随项目而变，在屏幕的右侧对应于按键处显示什么，它就是什么按键。频谱分析仪
3、其它硬键：仪器状态(INSTRUMNTSTATE)控制区有十个硬键：RESET清零、CANFIG配置、CAL校准、AUXCTRL辅助控制、COPY打印、MODE模式、SAVE存储、RECALL调用、MEAS/USER测量/用户自定义、SGLSWP信号扫描。光标（MARKER）区有四个硬键：MKR光标、MKR光标移动、RKRFCTN光标功能、PEAKSEARCH峰值搜索。控制（CONTRL）区有六个硬键：SWEEP扫描、BW带宽、TRIG触发、AUTOCOVPLE自动耦合、TRACE跟踪、DISPLAY显示。在数字键区有一个BKSP回退，频谱分析仪数字键区的右边是一纵排四个ENTER确认键，同时也是单位键。大旋钮上面的三个硬键是窗口键：ON打开、NEXT下一屏、ZOOM缩放。大旋钮下面的两个带箭头的键STEP配合大旋钮使用作上调、下调。
（二）输入和输出接口：位于一起面板下边一排。TVIN测视频指标的信号输入口；VOLINTEN是内外一套旋钮控制、调节内置喇叭的音量和屏幕亮度；CALOUT仪器自检信号输出；300Mhz29dBmv仪器标准信号输出口；PROBEPWR仪器探针电源；IN75Ω1M—1.8G测试信号总输入口。
（三）测试准备：
1、限制性保护：规定最高输入射频电平和造成永久性损坏的最高电压值：频谱分析仪直流25V，交流峰峰值100V。
2、预热：测试须等到OVERCOLD消失。
3、自校：使用三个月，或重要测量前，要进行自校。
4、系统测量配置：配置是测量之前把测量的一些参数输入进去，省去每次测量都进行一次参数输入。内容：测试项目、信号输入方式（频率还是频道）、显示单位、制式、噪声测量带宽和取样点、测CTB、CSO的频率点、测试行选通等。配置步骤：按MODE键——CABLETVANALYZER软键——Setup软键，进入设置状态。细节为tuneconfig调谐配置：包括频率、频道、制式、电平单位。Analyzerinput输入配置：是否加前置放大器。Beatssetup拍频设置、测CTB、CSO的频点（频率偏移CTBFRQoffset、CSOFRQoffset）。GATINGYESNO是否选通测试行。C/Nsetup载噪比设置：频点（频率偏移C/NFRQoffset）、带宽。
频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，能分析1赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。仪器内部若采用数字电路和微处理器，具有存储和运算功能；配置标准接口，就容易构成自动测试系统。那么，如何正确选购频谱分析仪呢？
1、频率范围
频谱工作时所能分析的信号频率范围。为频谱的指标，必须保证测试信号在频谱的工作频率范围以内。
2、输入功率
频谱的输入功率分为平均连续、脉冲输入功率。平均连续功率是指仪器能连续输入信号的最大功率值。脉冲输入功率是指频谱能测量的脉冲输入功率的值（严格遵守厂家要求的脉冲宽度，占空比参数）。输入功率一般单位用dBm表示，dBm是一个考征功率值，计算公式为：10lg（功率值/1mw）。例如：0dBm=1mW，20dBm=100mW，30dBm=1000mW=1W。
3、输入阻抗
分析仪对信号源呈现的终端阻抗。射频和微波分析仪的额定阻抗通常是50Ω。对于某些系统(如有线电视)，标准阻抗是75Ω。阻抗不匹配将造成很大的测量误差，甚至干扰电路运行。
4、平均噪声电平（DANL）
平均噪声电平相当于频谱自身噪声的大小，选择与工程师所测量的最小信号幅度有关。理想状态DANL越小越好，但是随着DANL越小需要的技术复杂程度越高价格就越为昂贵。测量如同在航行时只有海水低于礁石的时候我们才能看见礁石。
5、前置放大器
在频谱内增加一个微小信号放大模块，可以改善系统(前置放大器和频谱分析仪)灵敏度。主要用于测量微小信号。
6、跟踪源
在频谱内增加一个与频谱同步的扫频信号源。添加跟踪源后可进行标量网络参数测量、例如：可以测试被测单元(如放大电路,滤波电路)的频率特性曲线，配合驻波比测试套件也可以实现反射系数、回波损耗、驻波的测量。
选型小提示：
在测量信号频谱时若信号为偶发跳变信号，则普通扫频式频谱因扫描速度较慢将很难测量到信号，需要使用新的实时类频谱。
上一篇：雷达液位计的特点参数及维修保养
下一篇：冷热冲击试验箱技术参数
449717568