分析頻譜分析儀的種類與應用

　　頻譜分析儀(SpectrumAnalyzer)主要用于顯示頻域輸入信號的頻譜特性，因此對于信號分析而言是*的量測儀器。頻譜分析儀是透過頻域?qū)π盘栠M行分析、研究，并同時應用于更多不同領域，例如無線訊號收發(fā)器、信號干擾的檢測、頻譜監(jiān)測、以及元件特性分析等，是從事電子產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、檢驗的常用工具，特別針對無線通訊信號的測量更是必要工具，其應用十分廣泛，因此也有工程師將之稱為射頻量測的萬用電表。其主要功能包括：頻率設置、基準電平設置、跟蹤發(fā)生器設置、跟蹤控制設置、利用標記功能測量回波損耗，以及頻寬、掃描時間及觸發(fā)控制設置等功能。
　　
　　針對時域方面的信號量測，示波器是一項非常重要且很有效率的量測儀器，它能直接顯示信號波幅、頻率、周期、波形與相位等之響應變化。一般來說，示波器都必須具備雙軌跡輸出顯示裝置，同時內(nèi)建有IEEE-488、IEEE-1394或RS-232等介面功能以便與繪圖儀器連結，而利于后續(xù)量測顯示資訊輸出與繪圖的研究比較之用。只是示波器缺點在于只局限于低頻信號，對于高頻信號的分析便成為一大挑戰(zhàn)。
　　
　　頻譜分析儀的優(yōu)勢，正是在于彌補示波器針對高頻信號分析的不足，并可同時將多頻信號以頻域的方式來呈現(xiàn)，以方便辨識各不同頻率的功率裝置，并顯示信號在頻域里的特性。
　　　　
　　頻譜分析儀種類
　　
　　頻譜分析儀(SpectrumAnalyzer)主要用于顯示頻域輸入信號的頻譜特性。并依據(jù)信號處理方式的差異分為兩種類型，分別是即時頻譜分析儀(Real-TimeSpectrumAnalyzer)，以及掃描調(diào)諧頻譜分析儀(Sweep-TunedSpectrumAnalyzer)等兩種。
　　
　　即時頻譜分析儀可在同一時間顯示頻域的信號振幅，其工作原理是針對不同的頻率信號設置相對應的濾波器與檢知器(Detector)，并經(jīng)由同步多工掃瞄器將信號輸出至螢幕，優(yōu)點在于能夠顯示周期性雜散波(PeriodicRandomWaves)的瞬時反應，但缺點是價格昂貴，且頻寬范圍、濾波器的數(shù)目與zui大多工交換時間(SwitchingTime)都將對其性能表現(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，它的基本結構與超外差式接收器類似，主要工作原理是輸入信號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螢幕同步的掃瞄產(chǎn)生器產(chǎn)生隨時間作線性變化的振蕩頻率，再將混波器與輸入信號混??波降頻后的中頻信號(IF)放大后、濾波與檢波傳送至CRT螢幕，因此CRT螢幕的縱軸將顯示信號振幅與頻率的相對關系。
　　
　　如上所言，影響信號反應的主要關鍵為濾波器頻寬。高斯濾波器(Gaussian-ShapedFilter)影響的功能就是量測所常見到的解析頻寬(ResolutionBandwidth;RBW)。RBW所代表的意義為兩個不同頻率信號所能夠被清楚分辨出來的zui低頻寬差異，因此兩個不同頻率信號的頻寬如果低于頻譜分析儀的解析頻寬，如此兩信號將會重疊而無法分辨。如此看似更低的RBW將有助于不同頻率信號的分辨與量測工作，然而過低的RBW有可能將較高頻率的信號給濾除掉，因而導致信號顯示時產(chǎn)生失真。較高的RBW當然有助于寬頻信號的量測，然而卻可能增加雜訊底層值(NoiseFloor)、降低量測靈敏度，并對于偵測低強度的信號容易產(chǎn)生阻礙。失真值與設定的RBW密切相關，因此設定適當?shù)腞BW寬度才是正確使用頻譜分析儀的重要概念。
　　
　　此外傳統(tǒng)頻譜分析儀的前端電路是在一定頻寬內(nèi)可調(diào)諧的接收器。當輸入信號經(jīng)變頻器變頻后，由低通濾波器輸出，濾波器所輸出的數(shù)值就是垂直分量，至于頻率則是水平分量，如此在螢幕上所呈現(xiàn)的座標圖就是輸入信號頻譜圖。由于變頻器可以達到很寬的頻率(如從30Hz～30GHz)，與外部混頻器配合，更可提高到100GHz以上，因此頻譜分析儀是頻率覆蓋率zui寬的測量儀器之一，不管是測量連續(xù)信號或調(diào)變信號，頻譜分析儀都是很理想的測量工具。只是傳統(tǒng)頻譜分析儀的缺點在于，它只能測量頻率的幅度，但缺少相位資訊，因此在性質(zhì)上是屬于標量儀器而不是向量儀器。
　　
　　新一代頻譜分析儀則是基于快速傅立葉轉(zhuǎn)換(FFT)的量測儀器。透過傅立葉運算將被測信號分解成分立的頻率分量，進而達到與傳統(tǒng)頻譜分析儀同樣的結果。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)對輸入信號取樣，再經(jīng)傅立葉運算處理后而得到頻譜分布圖。
　　
　　在今天的量測中，不管是什么信號，都可以用許多方法進行測量。通常所用的zui基本儀器都是示波器，觀察信號的波形、頻率與振幅等。但由于信號的變化非常復雜，許多資訊是用示波器檢測不出來的，例如如果要分析一個非正弦波信號，從理論上來說，它是由不同頻率與電壓的向量所疊加而成。就分析的角度來觀察，示波器橫軸表示時間，縱軸為電壓幅度，曲線是表示隨時間變化的電壓波形，這是時域的測量方法。如果要觀察其頻率的組成，必須用頻域法，其橫坐標為頻率，縱軸為功率幅度。如此便可以看到在不同頻率點上功率幅度的分布，就可以了解這些信號的頻譜。有了這些單一信號的頻譜，接著還能繼續(xù)把復雜信號再現(xiàn)與復制出來，這對于訊號分析來說是非常重要的。