頻譜分析儀使用攻略

標簽：實(shí)時(shí)頻譜 信號幅度

國內頻譜分析儀市場(chǎng)

頻譜分析儀簡(jiǎn)稱(chēng)頻譜儀，是用來(lái)顯示頻域信號幅度的儀器，在射頻領(lǐng)域有“射頻萬(wàn)用表”的美稱(chēng)。在射頻領(lǐng)域，傳統的萬(wàn)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項。

頻譜儀與示波器屬于兩種類(lèi)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(ài)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信號的幅度，可以據此發(fā)現信號的存在和不同類(lèi)型信號的特征。隨著(zhù)科技的發(fā)展，頻譜儀也從傳統的模擬線(xiàn)路進(jìn)化到數字化頻譜儀，被賦予更多的功能，以適應不斷出現的復雜信號。

應用與意義

頻譜分析儀在射頻領(lǐng)域應用非常廣泛。頻譜儀最基本的作用就是發(fā)現和測量信號的幅度。頻譜儀可以以圖示化的方式顯示設定頻率范圍內的射頻信號，信號越強，頻譜儀顯示的幅度也越大。通過(guò)這種特性，頻譜儀被用來(lái)搜索和發(fā)現一定頻段內的射頻信號，廣泛應用在監測電磁環(huán)境、無(wú)線(xiàn)電頻譜監測、電子產(chǎn)品電磁兼容測量、無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機發(fā)射特性、信號源輸出信號品質(zhì)、反無(wú)線(xiàn)竊聽(tīng)器等領(lǐng)域。頻譜儀可以測量射頻信號的多種特征參數，包括頻率、選頻功率、帶寬、鄰道功率、調制波形、場(chǎng)強等。在射頻信號的頻率測量方面，雖然頻率計是專(zhuān)業(yè)的設備，但遇到時(shí)分多址的信號(GSM移動(dòng)電話(huà)、IDEN、TETRA的信號)、跳頻的信號、寬帶的信號，普通頻率計無(wú)法準確計數，功率計無(wú)法及時(shí)測量，而頻譜儀由于基于高速的信號捕捉，則可以有機會(huì )測量這些信號。針對這些常見(jiàn)的不穩定信號，很多中高檔頻譜儀還在測量軟件上做了優(yōu)化，提供專(zhuān)用的自動(dòng)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(lèi)型，有助于最終了解信號的調制方式和發(fā)射機的類(lèi)型。在軍事領(lǐng)域，頻譜儀在電子對抗和頻譜監測中被廣泛應用，不同類(lèi)型的雷達信號、通信電臺信號、應答機信號、“敵我”識別器信號都有各自不同特征的頻譜圖。在民用無(wú)線(xiàn)電管理領(lǐng)域，通過(guò)頻譜圖，我們可以及時(shí)發(fā)現非法使用的頻率，這比傳統掃描監聽(tīng)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(lèi)型，并推斷出產(chǎn)生干擾信號的可能設備，以縮小排查范圍。頻譜儀還是一部很好的場(chǎng)強儀，具有比較大的動(dòng)態(tài)，一些具有自動(dòng)測量功能的頻譜儀可以方便地讀出目標信號的場(chǎng)強數值，同時(shí)可以顯示目標頻率周邊的情況。實(shí)際應用中，有很多手持頻譜儀就替代了場(chǎng)強儀。

有的頻譜儀內置跟蹤信號源，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，擴展了頻譜儀的用途。該功能類(lèi)似掃頻儀和標量網(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，可以應用于濾波器的調校。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(xiàn)的匹配情況，具有天線(xiàn)分析儀的部分功能。

發(fā)展歷程

頻譜分析儀從發(fā)明以來(lái)，經(jīng)歷了模擬線(xiàn)路頻譜儀、單片機程控頻譜儀、電腦數字化頻譜儀的發(fā)展歷程。隨著(zhù)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(lái)現場(chǎng)應用越來(lái)越多的手持式頻譜儀，頻譜儀正向著(zhù)數字化、高精度化、小型化發(fā)展。

老式的頻譜儀為純電路結構，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(guò)快速掃描的接收機來(lái)形成頻譜圖。這類(lèi)頻譜儀基本沒(méi)有自動(dòng)測量功能，測量信號幅度靠人工對照示波管刻度進(jìn)行數數，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。目前在主流應用中已基本淘汰。

單片機程控頻譜儀是通過(guò)單片機微處理器來(lái)控制的頻譜儀，雖然從外觀(guān)上看，最早期的數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置信息，并具有了一些自動(dòng)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(zhù)提高。顯示屏由示波管發(fā)展為CRT管，顯示的頻譜圖是通過(guò)微處理器計算后形成的，并增加了很多數控和自動(dòng)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(zhù)提高到1kHz的水平，部分高端產(chǎn)品達到了1Hz級別。

現代的數字化頻譜儀除了射頻信號處理單元，其余部分基本都數字化了。很多附加的專(zhuān)項測量功能，如TETRA信號測量、GSM信號測量，都能以軟件開(kāi)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(gè)新的水平，這更有利于對微小信號的測量。

此外，新結構體系的實(shí)時(shí)頻譜儀也全新登場(chǎng)，更有利于對遂發(fā)的信號進(jìn)行捕捉。

傳統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(gè)人都很難抬得動(dòng)，即便是后期的HP8563E(CRT管型)之類(lèi)，屬于便攜型的頻譜儀，也有20kg重。隨著(zhù)液晶屏替代CRT顯像管，以及儀器內部線(xiàn)路的進(jìn)一步集成化，頻譜儀的重量也有所減輕，如E4403B,重量在15kg左右。新一代的手持頻譜儀成為現場(chǎng)檢測中輕便靈巧的工具，新的N9340B裝上電池的重量只有3.5kg左右，RohdeSchwarz的 FSH3僅重2.5kg.

性能與指標

標志頻譜分析儀性能和特性的主要指標有工作頻率范圍、分辨率帶寬、頻率掃寬、動(dòng)態(tài)范圍、掃描速度、端口阻抗、平均噪聲電平、相位噪聲、絕對幅度精度。

頻譜分析儀的工作頻率范圍是指頻譜儀最高工作頻率和最低工作頻率，標志著(zhù)頻譜儀可以顯示頻譜的最大范圍。在射頻應用中，用戶(hù)往往更關(guān)心頻譜儀的最高工作頻率，這使其成為用戶(hù)關(guān)心頻譜儀性能的第一指標。