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(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號參數(shù)的測量，可用以測量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù)，是一種多用途的電子測量儀器。  

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

示波器只能觀察信號的幅度、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(shù)字調(diào)制信號調(diào)制質量。  

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

下圖是信號在時域和頻域內(nèi)觀察的結果，由此可以清楚看出信號在頻域觀察的必要性。時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，在時域上無法區(qū)分有用信號和無用信號。在頻域上可以準確地測量有用信號和無用信號的各種參數(shù)。  

時域分析：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，時域測量是否過時了呢?答案是否定的。時域測量能夠更好的適用于某些測量場合，而且有些測量也只能在時域中進行。例如純時域測量中所包括的脈沖上升和下降時間、過沖和振鈴等。  

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  

在無線通信領域，人們非常關心帶外輻射和雜散輻射。例如在蜂窩通信系統(tǒng)中，必須檢查載波信號的諧波成分，以防止對其它有著相同工作頻率與諧波的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。工程師和技術人員對調(diào)制到載波上的信息的失真也非常關心。三階交調(diào)(復合信號的兩個不同頻譜分量互相調(diào)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(nèi)而無法濾除。  

2.頻譜監(jiān)測是頻域測量的又一重要領域  

政府管理機構對各種各樣的無線業(yè)務分配不同的頻段，例如廣播電視、無線通信、移動通信、警務和應急通信等其它業(yè)務。保證不同業(yè)務工作在其被分配的信道帶寬內(nèi)是至關重要的，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(tǒng)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)是用來研究來自不同****設備的有意或無意的無用輻射。在此我們關心的問題是，無論是輻射還是傳導(通過電力線或其它互導連線產(chǎn)生)，其引起的干擾都可能影響其它系統(tǒng)的正常運行。根據(jù)由政府機構或行業(yè)標準制定的有關條例，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系進行測試。  

4.部分示波器也有FFT功能，同頻譜儀的區(qū)別在哪里？  

示波器一般有一個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(diào)制的信號。這個性能不足主要表現(xiàn)在兩個方面：  

第一測量的帶寬不同：示波器的設計主要用于觀察基帶信號的，所以一般來說帶寬都不是很寬，最常見的是幾十到幾百MHz。當然，隨著數(shù)字電路技術的快速發(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這個數(shù)量級。而頻譜儀主要用以分析載波及調(diào)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，頻譜儀遠遠超過于此。這種測量最小信號的能力也決定了頻譜儀在同時觀測大信號和小信號方面遠勝于示波器，這種同時觀測大信號和小信號的能力，也就是平常我們所說的動態(tài)范圍  

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