如何才能找到適合自己的頻譜分析儀
頻譜分析儀簡稱頻譜儀，是用來顯示頻域信號幅度的儀器，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)不能有效測量信號的幅度，示波器測量頻率很高的信號也比較困難，而這正是頻譜分析儀的強(qiáng)項(xiàng)。
頻譜儀與示波器屬于兩種類型的儀器，示波器主要顯示時(shí)域信號幅度的變化，而頻譜儀顯示的是頻域信號幅度的變化。對于研究射頻的工程師和愛好者，頻譜儀是工作的好幫手，它可以形象地展示一定頻率范圍內(nèi)信號的幅度，可以據(jù)此發(fā)現(xiàn)信號的存在和不同類型信號的特征。隨著科技的發(fā)展，頻譜儀也從傳統(tǒng)的模擬線路進(jìn)化到數(shù)字化頻譜儀，被賦予更多的功能，以適應(yīng)不斷出現(xiàn)的復(fù)雜信號。
頻譜分析儀在射頻領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。頻譜儀*基本的作用就是發(fā)現(xiàn)和測量信號的幅度。頻譜儀可以以圖示化的方式顯示設(shè)定頻率范圍內(nèi)的射頻信號，信號越強(qiáng)，頻譜儀顯示的幅度也越大。通過這種特性，頻譜儀被用來搜索和發(fā)現(xiàn)一定頻段內(nèi)的射頻信號，廣泛應(yīng)用在監(jiān)測電磁環(huán)境、無線電頻譜監(jiān)測、電子產(chǎn)品電磁兼容測量、無線電發(fā)射機(jī)發(fā)射特性、信號源輸出信號品質(zhì)等領(lǐng)域。頻譜儀可以測量射頻信號的多種特征參數(shù)，包括頻率、選頻功率、帶寬、鄰道功率、調(diào)制波形、場強(qiáng)等。在射頻信號的頻率測量方面，雖然頻率計(jì)是專業(yè)的設(shè)備，但遇到時(shí)分多址的信號(GSM移動電話、IDEN、TETRA的信號)、跳頻的信號、寬帶的信號，普通頻率計(jì)無法準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，功率計(jì)無法及時(shí)測量，而頻譜儀由于基于高速的信號捕捉，則可以有機(jī)會測量這些信號。針對這些常見的不穩(wěn)定信號，很多中**頻譜儀還在測量軟件上做了優(yōu)化，提供專用的自動測量工具。
由于頻譜儀具有圖示化射頻信號的能力，頻譜圖可以幫助我們了解信號的特性和類型，有助于*終了解信號的調(diào)制方式和發(fā)射機(jī)的類型。在**領(lǐng)域，頻譜儀在電子對抗和頻譜監(jiān)測中被廣泛應(yīng)用，不同類型的雷達(dá)信號、通信電臺信號、應(yīng)答機(jī)信號、“敵我”識別器信號都有各自不同特征的頻譜圖。在民用無線電管理領(lǐng)域，通過頻譜圖，我們可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)非法使用的頻率，這比傳統(tǒng)掃描監(jiān)聽的效率要高得多。在不明干擾源的定位中，頻譜圖有助于判斷干擾信號的類型，并推斷出產(chǎn)生干擾信號的可能設(shè)備，以縮小排查范圍。頻譜儀還是一部很好的場強(qiáng)儀，具有比較大的動態(tài)，一些具有自動測量功能的頻譜儀可以方便地讀出目標(biāo)信號的場強(qiáng)數(shù)值，同時(shí)可以顯示目標(biāo)頻率周邊的情況。實(shí)際應(yīng)用中，有很多手持頻譜儀就替代了場強(qiáng)儀。
有的頻譜儀內(nèi)置跟蹤信號源，或者支持外接跟蹤信號源，頻譜儀與跟蹤信號源配合使用，可以顯示雙端口網(wǎng)絡(luò)的頻幅特性，擴(kuò)展了頻譜儀的用途。該功能類似掃頻儀和標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀的主要功能，比普通老式掃頻儀的精度要高得多，可以應(yīng)用于濾波器的調(diào)校。如果頻譜儀與跟蹤源配合駐波電橋，還能直接圖示化顯示天線的匹配情況，具有天線分析儀的部分功能。
發(fā)展歷程
頻譜分析儀從發(fā)明以來，經(jīng)歷了模擬線路頻譜儀、單片機(jī)程控頻譜儀、電腦數(shù)字化頻譜儀的發(fā)展歷程。隨著集成電路和微處理器電路的迅猛發(fā)展以及對信號測量要求的提高，頻譜儀的工作頻率不斷提高，精度不斷提升，體積和重量不斷縮減。從早期巨大笨重的臺式頻譜儀，發(fā)展到廣泛使用的便攜式頻譜儀，以及近年來現(xiàn)場應(yīng)用越來越多的手持式頻譜儀，頻譜儀正向著數(shù)字化、高精度化、小型化發(fā)展。
老式的頻譜儀為純電路結(jié)構(gòu)，早期的產(chǎn)品采用與示波器一樣的示波管進(jìn)行顯示，通過快速掃描的接收機(jī)來形成頻譜圖。這類頻譜儀基本沒有自動測量功能，測量信號幅度靠人工對照示波管刻度進(jìn)行數(shù)數(shù)，功能單一，只具有頻譜儀基本的頻率掃描和幅度顯示功能，且精度很低。目前在主流應(yīng)用中已基本淘汰。
單片機(jī)程控頻譜儀是通過單片機(jī)微處理器來控制的頻譜儀，雖然從外觀上看，*早期的數(shù)字頻譜儀依然采用示波管顯示，但增加了字符發(fā)生器電路，在儀器屏幕上可以看到一些設(shè)置信息，并具有了一些自動測量功能。隨后，高性能的微處理器和頻率合成器電路相繼被引入，使得頻譜儀的工作精度、分辨率和程控化水平得到顯著提高。顯示屏由示波管發(fā)展為CRT管，顯示的頻譜圖是通過微處理器計(jì)算后形成的，并增加了很多數(shù)控和自動測量功能，屏幕上顯示的信息一下子多了很多，頻譜儀的分辨率顯著提高到1kHz的水平，部分**產(chǎn)品達(dá)到了1Hz級別。
現(xiàn)代的數(shù)字化頻譜儀除了射頻信號處理單元，其余部分基本都數(shù)字化了。很多附加的專項(xiàng)測量功能，如TETRA信號測量、GSM信號測量，都能以軟件開通形式添加，顯示屏改為彩色液晶顯示，并且進(jìn)一步縮減了頻譜儀的體積和重量，掃描速度進(jìn)一步提高，背景噪聲和相位噪聲也得到了進(jìn)一步控制，頻譜儀的性能提高到一個新的水平，這更有利于對微小信號的測量。
此外，新結(jié)構(gòu)體系的實(shí)時(shí)頻譜儀也全新登場，更有利于對遂發(fā)的信號進(jìn)行捕捉。
傳統(tǒng)的頻譜儀一貫比較笨重，比同年代的示波器重得多。很多大型臺式頻譜儀兩個人都很難抬得動，即便是后期的HP8563E(CRT管型)之類，屬于便攜型的頻譜儀，也有
性能與指標(biāo)
標(biāo)志頻譜分析儀性能和特性的主要指標(biāo)有工作頻率范圍、分辨率帶寬、頻率掃寬、動態(tài)范圍、掃描速度、端口阻抗、平均噪聲電平、相位噪聲、**幅度精度。
頻譜分析儀的工作頻率范圍是指頻譜儀**工作頻率和**工作頻率，標(biāo)志著頻譜儀可以顯示頻譜的**范圍。在射頻應(yīng)用中，用戶往往更關(guān)心頻譜儀的**工作頻率，這使其成為用戶關(guān)心頻譜儀性能的**指標(biāo)。
首先，電源對于頻譜分析儀來說是非常重要的，在給頻譜分析儀加電之前，一定要確保電源接法正確，保證地線可靠接地。頻譜儀配置的是三芯電源線，開機(jī)之前，必須將電源線插頭插入標(biāo)準(zhǔn)的三相插座中，不要使用沒有保護(hù)地的電源線，以防止可能造成的人身傷害。
其次，對信號進(jìn)行**測量前，開機(jī)后應(yīng)預(yù)熱三十分鐘，當(dāng)測試環(huán)境溫度改變3—5度時(shí)，頻譜儀應(yīng)重新進(jìn)行校準(zhǔn)。
三，任何頻譜儀在輸入端口都有一個允許輸入的****功率，稱為**輸入電平。如國產(chǎn)多功能頻譜分析儀AV4032要求連續(xù)波輸入信號的**功率不能超過＋30dBmW（1W），且不允許直流輸入。若輸入信號值超出了頻譜儀所允許的**輸入電平值，則會造成儀器損壞；對于不允許直流輸入的頻譜儀，若輸入信號中含有直流成份，則也會對頻譜儀造成損傷。 一般頻譜儀的**輸入電平值通常在前面板靠近輸入連接口的地方標(biāo)出。如果頻譜儀不允許信號中含有直流電壓，當(dāng)測量帶有直流分量的信號時(shí)，應(yīng)外接一個恰當(dāng)數(shù)值的電容器用于隔直流。 當(dāng)對所測信號的性質(zhì)不太了解時(shí)，可采用以下的辦法來保證頻譜分析儀的**使用：如果有RF功率計(jì)，可以用它來先測一下信號電平，如果沒有功率計(jì)，則在信號電纜與頻譜儀的輸入端之間應(yīng)接上一個一定量值的外部衰減器，頻譜儀應(yīng)選擇**的射頻衰減和可能的**基準(zhǔn)電平，并且使用*寬的頻率掃寬（SPAN），保證可能偏出屏幕的信號可以清晰看見。我們也可以使用示波器、電壓表等儀器來檢查DC及AC信號電平。
頻譜分析儀是電子工程師工作臺上或高校實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的常用工具。這里我們整理出6條關(guān)于頻譜儀使用的常見問題，希望它能為你答疑解惑。
Q1.怎樣設(shè)置才能獲得頻譜儀*佳的靈敏度，以方便觀測小信號
A：首先根據(jù)被測小信號的大小設(shè)置相應(yīng)的中心頻率、掃寬(SPAN)以及參考電平；然后在頻譜分析儀沒有出現(xiàn)過載提示的情況下逐步降低衰減值；如果此時(shí)被測小信號的信噪比小于15dB，就逐步減小RBW，RBW越小，頻譜分析儀的底噪越低，靈敏度就越高。
如果頻譜分析儀有預(yù)放，打開預(yù)放。預(yù)放開，可以提高頻譜分析儀的噪聲系數(shù)，從而提高了靈敏度。對于信噪比不高的小信號，可以減少VBW或者采用軌跡平均，平滑噪聲，減小波動。
需要注意的是，頻譜分析儀測量結(jié)果是外部輸入信號和頻譜分析儀內(nèi)部噪聲之和，要使測量結(jié)果準(zhǔn)確，通常要求信噪比大于20dB。
Q2.分辨率帶寬(RBW)越小越好嗎？
A：RBW越小，頻譜分析儀靈敏度就越好，但是，掃描速度會變慢。**根據(jù)實(shí)際測試需求設(shè)
RBW，在靈敏度和速度之間找到平衡點(diǎn)–既保證準(zhǔn)確測量信號又可以得到快速的測量速度。
Q3.平均檢波方式(average type)如何選擇：power？Log power？Voltage？
·Log power對數(shù)功率平均
又稱Video Averaging，這種平均方式具有**的底噪，適合于低電平連續(xù)波信號測試。但對”類噪聲“信號會有一定的誤差，比如寬帶調(diào)制信號W-CDMA等。
·功率平均
又稱RMS平均，這種平均方式適合于“類噪聲“信號(如：CDMA)總功率測量
·電壓平均
這種平均方式適合于觀測調(diào)幅信號或者脈沖調(diào)制信號的上升和下降時(shí)間測量。
Q4.掃描模式的選擇：sweep還是FFT？
A：現(xiàn)代頻譜儀的掃描模式通常都具有Sweep模式和FFT模式。通常在比較窄的RBW設(shè)置時(shí)，FFT比sweep更具有速度優(yōu)勢，但在較寬RBW的條件下，sweep模式更快。
當(dāng)掃寬小于FFT的分析帶寬時(shí)，FFT模式可以測量瞬態(tài)信號；在掃寬超出頻譜分析儀的FFT分析帶寬時(shí)，如果采用FFT掃描模式，工作方式是對信號進(jìn)行分段處理，段與段之間在時(shí)間上存在不連續(xù)性，則可能在信號采樣間隙時(shí)，丟失有用信號，頻譜分析就會存在失真。這種類型信號包括：脈沖信號，TDMA信號，FSK調(diào)制信號等。
Q5.檢波器的選擇對測量結(jié)果的影響？
·Peak檢波方式
選取每個bucket中的**值作為測量值。這種檢波方式適合連續(xù)波信號及信號搜索測試。
·Sample檢波方式
這種檢波方式通常適用于噪聲和“類噪聲”信號的測試。
·Neg Peak檢波方式
適合于小信號測試，例如，EMC測試。
·Normal檢波方式
適合于同時(shí)觀察信號和噪聲。
Q6.跟蹤源(TG)的作用是什么？
A：跟蹤源是頻譜分析儀上的常見選件之一。當(dāng)跟蹤源輸出經(jīng)被測件的輸入端口，而此器件的輸出則接到頻譜分析儀的輸入端口時(shí)，頻譜儀以及跟蹤源形成了一個完整的自適應(yīng)掃頻測量系統(tǒng)。跟蹤源輸出的信號的頻率能**地跟蹤頻譜分析儀的調(diào)諧頻率。頻譜分析儀配搭跟蹤源選件，可以用作簡易的標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析，觀測被測件的激勵響應(yīng)特性曲線，例如：器件的頻率響應(yīng)、插入損耗等
