細說(shuō)頻譜分析儀之種類(lèi)與應用

當一個(gè)數位訊號中包含許多影像和聲音的信號，它的頻譜分布將會(huì )相當復雜。在衛星監測上，這些信號都必須從頻譜分析的角度來(lái)獲得所需要的參數。 目前有兩種方法可對信號頻率進(jìn)行分析。第一是對信號進(jìn)行時(shí)域的采集，然后對其進(jìn)行傅立葉轉換，將其轉換成頻域信號，這種方法稱(chēng)之為動(dòng)態(tài)信號分析。特色是比較快，有較高的采樣速率與較高的解析度。 即使是兩個(gè)信號間隔非常近，用傅立葉轉換也可將它們分辨出來(lái)。但由于是用數位采樣分析，所能分析信號的最高頻率受其采樣速率的影響，限制了對高頻信號的分析。因此目前最高的分析頻率只是在10MHz左右，這樣的測量范圍是屬于是向量分析。 此種分析方法一般用于低頻信號的分析，如聲音與振動(dòng)等。另一種方法原理則是依靠硬體電路實(shí)現，而不是透過(guò)數學(xué)方程式轉換。它可以直接接收信號，此種分析儀器稱(chēng)為超外差接收直接掃描調諧分析儀，也就是前述所提及的掃描調諧頻譜分析儀。

　　頻譜分析儀應用領(lǐng)域

　　頻譜分析儀主要功能在于量測信號的大小或振幅，其應用范圍十分廣泛，包括系統維護、信號量測、組件的頻率增益與物料品管等，都在頻譜分析儀的應用范圍之中。

　　放大器增益、頻率響應與被動(dòng)元件特性之量測

　　有線(xiàn)電視及通信系統使用大量的放大器與分接器（Tap）、接頭、同軸電纜等被動(dòng)元件，元件品質(zhì)的好壞都會(huì )影響信號的特性，因此事前的篩選有助于保證信號的品質(zhì)。例如透過(guò)頻譜分析儀的追蹤產(chǎn)生器來(lái)評估待測物件（DUT）的頻率反應特性，量測的結果可由繪圖儀器（Plotter）輸出而獲得資料。量測頻率的范圍可事先一次設定，并一次獲得其對應的關(guān)系曲線(xiàn)，如此將大幅減少過(guò)去透過(guò)示波器及函數產(chǎn)生器必須依不同頻率逐點(diǎn)量測的繁復操作程序。

　　利用頻譜分析儀本身的追蹤產(chǎn)生器（Tracking Generator）功能，產(chǎn)生掃瞄信號經(jīng)由DUT傳送到頻譜分析儀的射頻接收器，由DUT的頻率響應和短接線(xiàn)的量測響應，相互比較之，亦可得出DUT的介入損失（Insertion Loss），同樣方式將可得到其它相關(guān)元件的頻率響應量測值。

　　失真度量測

　　由傅立葉方程式可得知，除了不失真的諧振波（正弦波）之外，任何波形除了基本波，都還包括高諧波的分量，例如周期性的鋸齒波（Periodic Sawtooth Wave）等，依傅立葉方程式展開(kāi)，其對應的數學(xué)式顯示出無(wú)限個(gè)諧波，而諧波成份在頻譜分析儀中可清楚顯示。

　　示波器無(wú)法測知信號的失真度，僅能顯示信號波形與時(shí)間的關(guān)系，但頻譜分析儀由對應的諧波頻譜，可準確地評估信號的諧波信號與振幅，進(jìn)而評估失真度的大小。

　　通訊監測

　　無(wú)線(xiàn)通訊因頻譜使用的規定，必須使用高頻，并經(jīng)由天線(xiàn)收發(fā)信號，透過(guò)頻譜分析儀搭配天線(xiàn)很容易偵測目前通訊信號的強度與載波的頻率，例如使用方向性天線(xiàn)，二組量測設備便能找出信號源，這也是相關(guān)單位取締非法電波（如非法地下電臺）的主要偵測技術(shù)。

　　依據需要可將頻譜分析儀之掃描頻寬適當地調整，例如縮小或放大，進(jìn)行細微的調整以評估受測地區的干擾信號狀況，這種方法可做為設計某地區通訊電臺或各類(lèi)行動(dòng)通訊系統基地臺的參考。由方向性天線(xiàn)的調整量所測得的最高信號振幅，便可依天線(xiàn)的方向性判定信號源方向，若配合鄰近的另一組監測裝置，由兩組天線(xiàn)方向的交叉點(diǎn)就可得出信號源的位置，立即可偵測得知發(fā)射源的位置，以這種方法，透過(guò)更多組的量測將可準確得到發(fā)射源。

　　有線(xiàn)電視影像資訊的量測

　　有線(xiàn)電視（CATV）是透過(guò)同軸電纜或光纜電纜等纜線(xiàn)傳送視訊到用戶(hù)家中。由于科技的發(fā)展，為了減少挖馬路埋設纜線(xiàn)的施工困難度并降低成本，已有廠(chǎng)商提議開(kāi)放微波傳送或透過(guò)衛星以對點(diǎn)（Spot）的方式將訊號傳送到用戶(hù)家中，目前北美已有服務(wù)供應商針對北加州用戶(hù)發(fā)射具有150個(gè)視訊頻道的衛星訊號。因此纜線(xiàn)、微波與衛星傳送視訊的方式已并存應用于市場(chǎng)上，提供收視戶(hù)更多元化的選擇。

　　CATV系統的主要功能是傳送影像節目與數據資料，并保持系統的正常運作，傳輸100個(gè)左右或更多頻道視訊，以及用戶(hù)終端資料檢索控制信號的適時(shí)反應等雙向互動(dòng)式服務(wù)等功能。在CATV系統中包括種類(lèi)繁多的視訊信號，例如電壓與電流振幅、增益、頻率及功率等，其中增益、功率大多以對數值表示之。而射頻信號的振幅、頻率可由一般儀器（如示波器）量測得之，信號相位（Phase）則由向量示波器（Vector Scope）量測，所謂向量示波器是具有極穩定之環(huán)形時(shí)基示波器，可用于核對兩信號間的時(shí)間延遲。而頻譜分析儀正是CATV信號量測不可或缺的電子設備。