頻譜分析儀基礎知識（一）

頻譜分析儀是研究電信號頻譜結構的儀器，用于信號失真度、調制度、譜純度、頻率穩定度和交調失真等信號參數的測量，可用以測量放大器和濾波器等電路系統的某些參數，是一種多用途的電子測量?jì)x器。  

從事通信工程的技術(shù)人員，在很多時(shí)候需要對信號進(jìn)行分析，針對不同觀(guān)察域，分別用示波器、頻譜分析儀和矢量分析儀觀(guān)察信號。  

示波器只能觀(guān)察信號的幅度、周期和頻率；但頻譜分析儀還可以分析信號的頻率分布信息、頻率、功率、諧波、雜波、噪聲、干擾和失真，而矢量分析儀可以在頻譜分析儀基礎上分析數字調制信號調制質(zhì)量。  

早期的信號觀(guān)察，主要依賴(lài)示波器在時(shí)域內觀(guān)察信號。傅立葉變換告訴我們：任何時(shí)域內電信號都是由一個(gè)或多個(gè)不同頻率、不同幅度和不同相位的正弦波組成的，但應用示波器無(wú)法觀(guān)察到頻域內信息，只能在時(shí)域內觀(guān)察。應用頻域測量，就能以頻譜的形式顯示出每個(gè)正弦波的幅度隨頻率變化的情況。  

下圖是信號在時(shí)域和頻域內觀(guān)察的結果，由此可以清楚看出信號在頻域觀(guān)察的必要性。時(shí)域得到的是信號的波形信息，不能測量混合信號，如果存在干擾或失真信號，在時(shí)域上無(wú)法區分有用信號和無(wú)用信號。在頻域上可以準確地測量有用信號和無(wú)用信號的各種參數。  

時(shí)域分析：信號周期，相位分析，邊沿測試，峰值電壓多信號對比  

頻域分析：信號頻率，諧波分量，信號功率，雜波、噪聲，電磁干擾EMI  

既然如此，時(shí)域測量是否過(guò)時(shí)了呢?答案是否定的。時(shí)域測量能夠更好的適用于某些測量場(chǎng)合，而且有些測量也只能在時(shí)域中進(jìn)行。例如純時(shí)域測量中所包括的脈沖上升和下降時(shí)間、過(guò)沖和振鈴等。  

為什么要測量頻譜?  

1.頻域測量更適于確定信號的諧波分量  

在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域，人們非常關(guān)心帶外輻射和雜散輻射。例如在蜂窩通信系統中，必須檢查載波信號的諧波成分，以防止對其它有著(zhù)相同工作頻率與諧波的通信系統產(chǎn)生干擾。工程師和技術(shù)人員對調制到載波上的信息的失真也非常關(guān)心。三階交調(復合信號的兩個(gè)不同頻譜分量互相調制)產(chǎn)生的干擾相當嚴重，因為其失真分量可能直接落入分析帶寬之內而無(wú)法濾除。  

2.頻譜監測是頻域測量的又一重要領(lǐng)域  

政府管理機構對各種各樣的無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)分配不同的頻段，例如廣播電視、無(wú)線(xiàn)通信、移動(dòng)通信、警務(wù)和應急通信等其它業(yè)務(wù)。保證不同業(yè)務(wù)工作在其被分配的信道帶寬內是至關(guān)重要的，通常要求****機和其它輻射設備應工作于緊鄰的頻段。在這些通信系統中，針對功率放大器和其它模塊的一項重要測量是檢測溢出到鄰近信道的信號能量以及由此所引起的干擾。  

3.EMI測試對于電氣或者電子產(chǎn)品制造行業(yè)的必要性  

電磁干擾(EMI)是用來(lái)研究來(lái)自不同****設備的有意或無(wú)意的無(wú)用輻射。在此我們關(guān)心的問(wèn)題是，無(wú)論是輻射還是傳導(通過(guò)電力線(xiàn)或其它互導連線(xiàn)產(chǎn)生)，其引起的干擾都可能影響其它系統的正常運行。根據由政府機構或行業(yè)標準制定的有關(guān)條例，幾乎任何從事電氣或電子產(chǎn)品設計制造的人員都必須對輻射電平與頻率的關(guān)系進(jìn)行測試。  

4.部分示波器也有FFT功能，同頻譜儀的區別在哪里？  

示波器一般有一個(gè)FFT功能可以從頻率域的角度顯示信號，但它的性能指標一般不足以分析射頻的，特別是帶調制的信號。這個(gè)性能不足主要表現在兩個(gè)方面：  

第一測量的帶寬不同：示波器的設計主要用于觀(guān)察基帶信號的，所以一般來(lái)說(shuō)帶寬都不是很寬，最常見(jiàn)的是幾十到幾百MHz。當然，隨著(zhù)數字電路技術(shù)的快速發(fā)展，基帶信號的速率也在快速提升，所以，一些中高檔的示波器也能到GHz這個(gè)數量級。而頻譜儀主要用以分析載波及調制了的射頻信號，所以頻譜儀的頻率范圍通常要寬很多，某些產(chǎn)品達到50GHz。  

第二是靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍不一樣。大家知道示波器的所能測到的最小信號的幅度一般是1毫伏。我們可以換算一下，阻抗是50歐姆的條件下，一毫伏等于-47dBm，頻譜儀遠遠超過(guò)于此。這種測量最小信號的能力也決定了頻譜儀在同時(shí)觀(guān)測大信號和小信號方面遠勝于示波器，這種同時(shí)觀(guān)測大信號和小信號的能力，也就是平常我們所說(shuō)的動(dòng)態(tài)范圍  

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