頻譜分析儀使用攻略

標(biāo)簽：實(shí)時頻譜 信號幅度

國內(nèi)頻譜分析儀市場

頻譜分析儀簡稱頻譜儀，是用來顯示頻域信號幅度的儀器，在射頻領(lǐng)域有“射頻萬用表”的美稱。在射頻領(lǐng)域，傳統(tǒng)的萬用表已經(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(qiáng)項(xiàng)。

頻譜儀與示波器屬于兩種類型的儀器，示波器主要顯示時域信號幅度的變化，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(nèi)信號的幅度，可以據(jù)此發(fā)現(xiàn)信號的存在和不同類型信號的特征。隨著科技的發(fā)展，頻譜儀也從傳統(tǒng)的模擬線路進(jìn)化到數(shù)字化頻譜儀，被賦予更多的功能，以適應(yīng)不斷出現(xiàn)的復(fù)雜信號。

應(yīng)用與意義

頻譜分析儀在射頻領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。頻譜儀最基本的作用就是發(fā)現(xiàn)和測量信號的幅度。頻譜儀可以以圖示化的方式顯示設(shè)定頻率范圍內(nèi)的射頻信號，信號越強(qiáng)，頻譜儀顯示的幅度也越大。通過這種特性，頻譜儀被用來搜索和發(fā)現(xiàn)一定頻段內(nèi)的射頻信號，廣泛應(yīng)用在監(jiān)測電磁環(huán)境、無線電頻譜監(jiān)測、電子產(chǎn)品電磁兼容測量、無線電發(fā)射機(jī)發(fā)射特性、信號源輸出信號品質(zhì)、反無線竊聽器等領(lǐng)域。頻譜儀可以測量射頻信號的多種特征參數(shù)，包括頻率、選頻功率、帶寬、鄰道功率、調(diào)制波形、場強(qiáng)等。在射頻信號的頻率測量方面，雖然頻率計(jì)是專業(yè)的設(shè)備，但遇到時分多址的信號(GSM移動電話、IDEN、TETRA的信號)、跳頻的信號、寬帶的信號，普通頻率計(jì)無法準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，功率計(jì)無法及時測量，而頻譜儀由于基于高速的信號捕捉，則可以有機(jī)會測量這些信號。針對這些常見的不穩(wěn)定信號，很多中高檔頻譜儀還在測量軟件上做了優(yōu)化，提供專用的自動測量工具。

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型，有助于最終了解信號的調(diào)制方式和發(fā)射機(jī)的類型。在軍事領(lǐng)域，頻譜儀在電子對抗和頻譜監(jiān)測中被廣泛應(yīng)用，不同類型的雷達(dá)信號、通信電臺信號、應(yīng)答機(jī)信號、“敵我”識別器信號都有各自不同特征的頻譜圖。在民用無線電管理領(lǐng)域，通過頻譜圖，我們可以及時發(fā)現(xiàn)非法使用的頻率，這比傳統(tǒng)掃描監(jiān)聽的效率要高得多。在不明干擾源的定位中，頻譜圖有助于判斷干擾信號的類型，并推斷出產(chǎn)生干擾信號的可能設(shè)備，以縮小排查范圍。頻譜儀還是一部很好的場強(qiáng)儀，具有比較大的動態(tài)，一些具有自動測量功能的頻譜儀可以方便地讀出目標(biāo)信號的場強(qiáng)數(shù)值，同時可以顯示目標(biāo)頻率周邊的情況。實(shí)際應(yīng)用中，有很多手持頻譜儀就替代了場強(qiáng)儀。

有的頻譜儀內(nèi)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(kuò)展了頻譜儀的用途。該功能類似掃頻儀和標(biāo)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(yīng)用于濾波器的調(diào)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的匹配情況，具有天線分析儀的部分功能。

發(fā)展歷程

頻譜分析儀從發(fā)明以來，經(jīng)歷了模擬線路頻譜儀、單片機(jī)程控頻譜儀、電腦數(shù)字化頻譜儀的發(fā)展歷程。隨著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，以及近年來現(xiàn)場應(yīng)用越來越多的手持式頻譜儀，頻譜儀正向著數(shù)字化、高精度化、小型化發(fā)展。

老式的頻譜儀為純電路結(jié)構(gòu)，早期的產(chǎn)品采用與示波器一樣的示波管進(jìn)行顯示，通過快速掃描的接收機(jī)來形成頻譜圖。這類頻譜儀基本沒有自動測量功能，測量信號幅度靠人工對照示波管刻度進(jìn)行數(shù)數(shù)，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(yīng)用中已基本淘汰。

單片機(jī)程控頻譜儀是通過單片機(jī)微處理器來控制的頻譜儀，雖然從外觀上看，最早期的數(shù)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(shè)置信息，并具有了一些自動測量功能。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提高。顯示屏由示波管發(fā)展為CRT管，顯示的頻譜圖是通過微處理器計(jì)算后形成的，并增加了很多數(shù)控和自動測量功能，屏幕上顯示的信息一下子多了很多，頻譜儀的分辨率顯著提高到1kHz的水平，部分高端產(chǎn)品達(dá)到了1Hz級別。

現(xiàn)代的數(shù)字化頻譜儀除了射頻信號處理單元，其余部分基本都數(shù)字化了。很多附加的專項(xiàng)測量功能，如TETRA信號測量、GSM信號測量，都能以軟件開通形式添加，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新的水平，這更有利于對微小信號的測量。

此外，新結(jié)構(gòu)體系的實(shí)時頻譜儀也全新登場，更有利于對遂發(fā)的信號進(jìn)行捕捉。

傳統(tǒng)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人都很難抬得動，即便是后期的HP8563E(CRT管型)之類，屬于便攜型的頻譜儀，也有20kg重。隨著液晶屏替代CRT顯像管，以及儀器內(nèi)部線路的進(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(xiàn)場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(biāo)

標(biāo)志頻譜分析儀性能和特性的主要指標(biāo)有工作頻率范圍、分辨率帶寬、頻率掃寬、動態(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(biāo)志著頻譜儀可以顯示頻譜的最大范圍。在射頻應(yīng)用中，用戶往往更關(guān)心頻譜儀的最高工作頻率，這使其成為用戶關(guān)心頻譜儀性能的第一指標(biāo)。