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頻譜分析是觀察和測(cè)量信號(hào)幅度和信號(hào)失真的一種快速方法，其顯示結(jié)果可以直觀反映出輸入信號(hào)的傅立葉變換的幅度。信號(hào)頻域分析的測(cè)量范圍極其寬廣，超過(guò)140dB，這使得頻譜分析儀成為適合現(xiàn)代通信和微波領(lǐng)域的多用途儀器。頻譜分析實(shí)質(zhì)上是考察給定信號(hào)源，天線，或信號(hào)分配系統(tǒng)的幅度與頻率的關(guān)系，這種分析能給出有關(guān)信號(hào)的重要信息，如穩(wěn)定度，失真，幅度以及調(diào)制的類型和質(zhì)量。利用這些信息，可以進(jìn)行電路或系統(tǒng)的調(diào)試，以提率或驗(yàn)證在所需要的信息發(fā)射和不需要的信號(hào)發(fā)射方面是否符合不斷涌現(xiàn)的各種規(guī)章條例。
現(xiàn)代頻譜分析儀已經(jīng)得到許多綜合利用，從研究開(kāi)發(fā)到生產(chǎn)制造，到現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)。新型頻譜分析儀已經(jīng)改名叫信號(hào)分析儀，已經(jīng)成為具有重要價(jià)值的實(shí)驗(yàn)室儀器，能夠快速觀察大的頻譜寬度，然后迅速移近放大來(lái)觀察信號(hào)細(xì)節(jié)已受到的高度重視。在制造領(lǐng)域，測(cè)量速度結(jié)合通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)存取數(shù)據(jù)的能力，可以快速，和重復(fù)地完成一些極其復(fù)雜的測(cè)量。
有兩種技術(shù)方法可完成信號(hào)頻域測(cè)量（統(tǒng)稱為頻譜分析）。
1．FFT分析儀用數(shù)值計(jì)算的方法處理一定時(shí)間周期的信號(hào)，可提供頻率；幅度和相位信息。這種儀器同樣能分析周期和非周期信號(hào)。FFT的特點(diǎn)是速度快；精度高，但其分析頻率帶寬受ADC采樣速率限制，適合分析窄帶寬信號(hào)。
2．掃頻式頻譜分析儀可分析穩(wěn)定和周期變化信號(hào)，可提供信號(hào)幅度和頻率信息，適合于寬頻帶快速掃描測(cè)試。
FFT分析儀能夠完成多通道濾波器式同樣的功能，但無(wú)需使用許多帶通濾波器，它使用數(shù)字信號(hào)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)立濾波器相當(dāng)?shù)墓δ?。從概念上講，F(xiàn)FT方法是簡(jiǎn)單明確的：對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，再計(jì)算頻譜。實(shí)際上，為了使測(cè)量具有意義，還需要考慮很多因素。
FFT的實(shí)質(zhì)是基帶變換，換句話說(shuō)，F(xiàn)FT的頻率范圍總是從0Hz開(kāi)始并延伸到某個(gè)頻率處。這對(duì)需要分析較窄頻帶（不是從直流開(kāi)始）的測(cè)量情況可能是一個(gè)重大限制。例如，F(xiàn)FT分析儀具有取樣頻率，F(xiàn)FT的頻率范圍是0Hz到128KHz。若N=1024，則頻率分辨力將是，故不能分辨間隔小于250Hz的譜線。
提高頻率分辨力的一種方法是時(shí)間記錄中的取樣點(diǎn)數(shù)N，這也FFT輸出的節(jié)點(diǎn)數(shù)。不過(guò)，問(wèn)題在于，這會(huì)增加FFT所要處理的數(shù)組長(zhǎng)度，從而增加計(jì)算時(shí)間。FFT算法的計(jì)算時(shí)間往往限制了儀器的性能（比如屏幕刷新速度），所以增加FFT的長(zhǎng)度往往是可取的。
另一種方法是使用數(shù)字下變頻器，對(duì)于帶限信號(hào)，進(jìn)行數(shù)字下變頻，這樣等效降低了采樣速率，可以提高頻率分辨力。ADC的輸出與數(shù)字正弦波相乘，借助數(shù)字混頻使數(shù)字正弦波的頻率降低。

頻譜分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)有頻率范圍、分辨率、分析譜寬、分析時(shí)間、掃頻速度、靈敏度、顯示方式和假響應(yīng)。
頻率范圍
進(jìn)行正常工作的頻率區(qū)間。現(xiàn)代頻譜儀的頻率范圍能從低于1赫直至300吉赫。
分辨力
在顯示器上能夠區(qū)分鄰近的兩條譜線之間頻率間隔的能力，是頻譜分析儀重要的技術(shù)指標(biāo)。分辨力與濾波器型式、波形因數(shù)、帶寬、本振穩(wěn)定度、剩余調(diào)頻和邊帶噪聲等因素有關(guān)，掃頻式頻譜分析儀的分辨力還與掃描速度有關(guān)。分辨帶寬越窄越好?，F(xiàn)代頻譜儀在高頻段分辨力為10～100赫。
分析譜寬
又稱頻率跨度。頻譜分析儀在一次測(cè)量分析中能顯示的頻率范圍，可等于或小于儀器的頻率范圍，通常是可調(diào)的。
分析時(shí)間
完成一次頻譜分析所需的時(shí)間，它與分析譜寬和分辨力有密切關(guān)系。對(duì)于實(shí)時(shí)式頻譜分析儀，分析時(shí)間不能小于其窄分辨帶寬的倒數(shù)。 
掃頻速度：分析譜寬與分析時(shí)間之比，也就是掃頻的本振頻率變化速率。
靈敏度
顯示微弱信號(hào)的能力，受頻譜儀內(nèi)部噪聲的限制，通常要求靈敏度越高越好。動(dòng)態(tài)范圍指在顯示器上可同時(shí)觀測(cè)的信號(hào)與弱信號(hào)之比?，F(xiàn)代頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)80分貝。
顯示方式
顯示的幅度與輸入信號(hào)幅度之間的關(guān)系。通常有線性顯示、平方律顯示和對(duì)數(shù)顯示三種方式。
假響應(yīng)
顯示器上出現(xiàn)不應(yīng)有的譜線。這對(duì)超外差系統(tǒng)是不可避免的，應(yīng)設(shè)法抑止到小，現(xiàn)代頻譜分析儀可做到小于-90分貝毫瓦。

問(wèn)區(qū)
怎樣設(shè)置才能獲得頻譜儀佳的靈敏度，以方便觀測(cè)小信號(hào)？
首先根據(jù)被測(cè)小信號(hào)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(méi)有出現(xiàn)過(guò)載提示的情況下逐步降低衰減值。
如果此時(shí)被測(cè)小信號(hào)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(kāi)預(yù)放。預(yù)放開(kāi)，可以提高頻譜分析儀的噪聲系數(shù)，從而提高了靈敏度。對(duì)于信噪比不高的小信號(hào)，可以減少vbw或者采用軌跡平均，平滑噪聲，減小波動(dòng)。
需要注意的是，頻譜儀測(cè)量結(jié)果是外部輸入信號(hào)和頻譜分析儀內(nèi)部噪聲之和，要使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，通常要求信噪比大于20db。
分辨率帶寬（rbw）越小越好嗎？
rbw越小，頻譜分析儀靈敏度就越好，但是，掃描速度會(huì)變慢。好根據(jù)實(shí)際測(cè)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(cè)量信號(hào)又可以得到快速的測(cè)量速度。
平均檢波方式（averagetype）如何選擇：power？logpower？voltage？
logpower對(duì)數(shù)功率平均：又稱videoaveraging，這種平均方式具有低的底噪，適合于低電平連續(xù)波信號(hào)測(cè)試。
但對(duì)”類噪聲“信號(hào)會(huì)有一定的誤差，比如寬帶調(diào)制信號(hào)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(hào)（如：cdma）總功率測(cè)量。
電壓平均：這種平均方式適合于觀測(cè)調(diào)幅信號(hào)或者脈沖調(diào)制信號(hào)的上升和下降時(shí)間測(cè)量。
掃描模式的選擇：sweep還是fft？
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(shì)，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(cè)量瞬態(tài)信號(hào)；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(duì)信號(hào)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(hào)采樣間隙時(shí)，丟失有用信號(hào)，頻譜分析就會(huì)存在失真。

頻譜分析儀的工作原理
頻譜分析儀架構(gòu)猶如時(shí)域用途的示波器，面板上布建許多功能控制按鍵，作為系統(tǒng)功能之調(diào)整與控制，實(shí)時(shí)頻譜分析儀（Real-Time Spectrum Analyzer）與掃瞄調(diào)諧頻譜分析儀（Sweep-Tuned Spectrum Analyzer）。實(shí)時(shí)頻率分析儀的功能為在同一瞬間顯示頻域的信號(hào)振幅，其工作原理是針對(duì)不同的頻率信號(hào)而有相對(duì)應(yīng)的濾波器與檢知器（Detector），再經(jīng)由同步的多任務(wù)掃瞄器將信號(hào)傳送到CRT 屏幕上，其優(yōu)點(diǎn)是能顯示周期性雜散波（PeriodicRandom Waves）的瞬間反應(yīng)，其缺點(diǎn)是價(jià)昂且性能受限于頻寬范圍、濾波器的數(shù)目與的多任務(wù)交換時(shí)間（Switching Time）。
常用的頻譜分析儀是掃瞄調(diào)諧頻譜分析儀，可調(diào)變的本地振蕩器經(jīng)與CRT 同步的掃瞄產(chǎn)生器產(chǎn)生隨時(shí)間作線性變化的振蕩頻率，經(jīng)混波器與輸入信號(hào)混波降頻后的中頻信號(hào)（IF）再放大、濾波與檢波傳送到CRT 的垂直方向板，因此在CRT 的縱軸顯示信號(hào)振幅與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，信號(hào)流程架構(gòu)如圖1.3 所示。
影響信號(hào)反應(yīng)的重要部份為濾波器頻寬，濾波器之特性為高斯濾波器（Gaussian-Shaped Filter），影響的功能就是量測(cè)時(shí)常見(jiàn)到的解析頻寬（RBW，Resolution Bandwidth）。RBW 代表兩個(gè)不同頻率的信號(hào)能夠被清楚的分辨出來(lái)的頻寬差異，兩個(gè)不同頻率的信號(hào)頻寬如低于頻譜分析儀的RBW，此時(shí)該兩信號(hào)將重疊，難以分辨，較低的RBW 固然有助于不同頻率信號(hào)的分辨與量測(cè)，低的RBW 將濾除較高頻率的信號(hào)成份，導(dǎo)致信號(hào)顯示時(shí)產(chǎn)生失真，失真值與設(shè)定的RBW 密切相關(guān)，較高的RBW 固然有助于寬帶帶信號(hào)的偵測(cè)，將增加噪聲底層值（Noise Floor），降低量測(cè)靈敏度，對(duì)于偵測(cè)低強(qiáng)度的信號(hào)易產(chǎn)生阻礙，因此適當(dāng)?shù)腞BW 寬度是正確使用頻譜分析儀重要的概念。
另外的視頻頻寬（VBW，Video Bandwidth）代表單一信號(hào)顯示在屏幕所需的頻寬。如前所說(shuō)明，量測(cè)信號(hào)時(shí)，視頻頻寬過(guò)與不及均非適宜，都將造成量測(cè)的困擾，如何調(diào)整必須加以了解。通常RBW 的頻寬大于等于VBW，調(diào)整RBW 而信號(hào)振幅并無(wú)產(chǎn)生明顯的變化，此時(shí)之RBW 頻寬即可加以采用。量測(cè)RF 視頻載波時(shí)，信號(hào)經(jīng)設(shè)備內(nèi)部的混波器降頻后再加以放大、濾波（RBW 決定）及檢波顯示等流程，若掃描太快，RBW 濾波器將無(wú)法完全充電到信號(hào)的振幅峰值，因此必須維持足夠的掃描時(shí)間，而RBW 的寬度與掃描時(shí)間呈互動(dòng)關(guān)系，RBW 較大，掃描時(shí)間也較快，反之亦然，RBW 適當(dāng)寬度的選擇因而顯現(xiàn)其重要性。較寬的RBW 較能充分地反應(yīng)輸入信號(hào)的波形與振幅，但較低的RBW 將能區(qū)別不同頻率的信號(hào)。例如使用于6MHz 頻寬視訊頻道的量測(cè)，經(jīng)驗(yàn)得知，RBW 為300kHz 與3MHz 時(shí)，載波振幅峰值并不產(chǎn)生顯著變化，量測(cè)6MHz的視頻信號(hào)通常選用300kHz 的RBW 以降低噪聲。天線信號(hào)量測(cè)時(shí)，頻譜分析儀的展頻（Span）使用100MHz，獲得較寬廣的信號(hào)頻譜需求，RBW使用3MHz。這些的量測(cè)參數(shù)并非一成不變，將會(huì)依現(xiàn)場(chǎng)狀況及過(guò)去量測(cè)的經(jīng)驗(yàn)加以調(diào)整。
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