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頻譜分析是觀察和測量信號幅度和信號失真的一種快速方法，其顯示結(jié)果可以直觀反映出輸入信號的傅立葉變換的幅度。信號頻域分析的測量范圍極其寬廣，超過140dB，這使得頻譜分析儀成為適合現(xiàn)代通信和微波領(lǐng)域的多用途儀器。頻譜分析實(shí)質(zhì)上是考察給定信號源，天線，或信號分配系統(tǒng)的幅度與頻率的關(guān)系，這種分析能給出有關(guān)信號的重要信息，如穩(wěn)定度，失真，幅度以及調(diào)制的類型和質(zhì)量。利用這些信息，可以進(jìn)行電路或系統(tǒng)的調(diào)試，以提率或驗(yàn)證在所需要的信息發(fā)射和不需要的信號發(fā)射方面是否符合不斷涌現(xiàn)的各種規(guī)章條例。
現(xiàn)代頻譜分析儀已經(jīng)得到許多綜合利用，從研究開發(fā)到生產(chǎn)制造，到現(xiàn)場維護(hù)。新型頻譜分析儀已經(jīng)改名叫信號分析儀，已經(jīng)成為具有重要價(jià)值的實(shí)驗(yàn)室儀器，能夠快速觀察大的頻譜寬度，然后迅速移近放大來觀察信號細(xì)節(jié)已受到的高度重視。在制造領(lǐng)域，測量速度結(jié)合通過計(jì)算機(jī)來存取數(shù)據(jù)的能力，可以快速，和重復(fù)地完成一些極其復(fù)雜的測量。
有兩種技術(shù)方法可完成信號頻域測量（統(tǒng)稱為頻譜分析）。
1．FFT分析儀用數(shù)值計(jì)算的方法處理一定時(shí)間周期的信號，可提供頻率；幅度和相位信息。這種儀器同樣能分析周期和非周期信號。FFT的特點(diǎn)是速度快；精度高，但其分析頻率帶寬受ADC采樣速率限制，適合分析窄帶寬信號。
2．掃頻式頻譜分析儀可分析穩(wěn)定和周期變化信號，可提供信號幅度和頻率信息，適合于寬頻帶快速掃描測試。
FFT分析儀能夠完成多通道濾波器式同樣的功能，但無需使用許多帶通濾波器，它使用數(shù)字信號處理來實(shí)現(xiàn)多個(gè)立濾波器相當(dāng)?shù)墓δ?。從概念上講，F(xiàn)FT方法是簡單明確的：對信號進(jìn)行數(shù)字化，再計(jì)算頻譜。實(shí)際上，為了使測量具有意義，還需要考慮很多因素。
FFT的實(shí)質(zhì)是基帶變換，換句話說，F(xiàn)FT的頻率范圍總是從0Hz開始并延伸到某個(gè)頻率處。這對需要分析較窄頻帶（不是從直流開始）的測量情況可能是一個(gè)重大限制。例如，F(xiàn)FT分析儀具有取樣頻率，F(xiàn)FT的頻率范圍是0Hz到128KHz。若N=1024，則頻率分辨力將是，故不能分辨間隔小于250Hz的譜線。
提高頻率分辨力的一種方法是時(shí)間記錄中的取樣點(diǎn)數(shù)N，這也FFT輸出的節(jié)點(diǎn)數(shù)。不過，問題在于，這會(huì)增加FFT所要處理的數(shù)組長度，從而增加計(jì)算時(shí)間。FFT算法的計(jì)算時(shí)間往往限制了儀器的性能（比如屏幕刷新速度），所以增加FFT的長度往往是可取的。
另一種方法是使用數(shù)字下變頻器，對于帶限信號，進(jìn)行數(shù)字下變頻，這樣等效降低了采樣速率，可以提高頻率分辨力。ADC的輸出與數(shù)字正弦波相乘，借助數(shù)字混頻使數(shù)字正弦波的頻率降低。

頻譜分析儀的工作原理
頻譜分析儀架構(gòu)猶如時(shí)域用途的示波器，面板上布建許多功能控制按鍵，作為系統(tǒng)功能之調(diào)整與控制，實(shí)時(shí)頻譜分析儀（Real-Time Spectrum Analyzer）與掃瞄調(diào)諧頻譜分析儀（Sweep-Tuned Spectrum Analyzer）。實(shí)時(shí)頻率分析儀的功能為在同一瞬間顯示頻域的信號振幅，其工作原理是針對不同的頻率信號而有相對應(yīng)的濾波器與檢知器（Detector），再經(jīng)由同步的多任務(wù)掃瞄器將信號傳送到CRT 屏幕上，其優(yōu)點(diǎn)是能顯示周期性雜散波（PeriodicRandom Waves）的瞬間反應(yīng)，其缺點(diǎn)是價(jià)昂且性能受限于頻寬范圍、濾波器的數(shù)目與的多任務(wù)交換時(shí)間（Switching Time）。
常用的頻譜分析儀是掃瞄調(diào)諧頻譜分析儀，可調(diào)變的本地振蕩器經(jīng)與CRT 同步的掃瞄產(chǎn)生器產(chǎn)生隨時(shí)間作線性變化的振蕩頻率，經(jīng)混波器與輸入信號混波降頻后的中頻信號（IF）再放大、濾波與檢波傳送到CRT 的垂直方向板，因此在CRT 的縱軸顯示信號振幅與頻率的對應(yīng)關(guān)系，信號流程架構(gòu)如圖1.3 所示。
影響信號反應(yīng)的重要部份為濾波器頻寬，濾波器之特性為高斯濾波器（Gaussian-Shaped Filter），影響的功能就是量測時(shí)常見到的解析頻寬（RBW，Resolution Bandwidth）。RBW 代表兩個(gè)不同頻率的信號能夠被清楚的分辨出來的頻寬差異，兩個(gè)不同頻率的信號頻寬如低于頻譜分析儀的RBW，此時(shí)該兩信號將重疊，難以分辨，較低的RBW 固然有助于不同頻率信號的分辨與量測，低的RBW 將濾除較高頻率的信號成份，導(dǎo)致信號顯示時(shí)產(chǎn)生失真，失真值與設(shè)定的RBW 密切相關(guān)，較高的RBW 固然有助于寬帶帶信號的偵測，將增加噪聲底層值（Noise Floor），降低量測靈敏度，對于偵測低強(qiáng)度的信號易產(chǎn)生阻礙，因此適當(dāng)?shù)腞BW 寬度是正確使用頻譜分析儀重要的概念。
另外的視頻頻寬（VBW，Video Bandwidth）代表單一信號顯示在屏幕所需的頻寬。如前所說明，量測信號時(shí)，視頻頻寬過與不及均非適宜，都將造成量測的困擾，如何調(diào)整必須加以了解。通常RBW 的頻寬大于等于VBW，調(diào)整RBW 而信號振幅并無產(chǎn)生明顯的變化，此時(shí)之RBW 頻寬即可加以采用。量測RF 視頻載波時(shí)，信號經(jīng)設(shè)備內(nèi)部的混波器降頻后再加以放大、濾波（RBW 決定）及檢波顯示等流程，若掃描太快，RBW 濾波器將無法完全充電到信號的振幅峰值，因此必須維持足夠的掃描時(shí)間，而RBW 的寬度與掃描時(shí)間呈互動(dòng)關(guān)系，RBW 較大，掃描時(shí)間也較快，反之亦然，RBW 適當(dāng)寬度的選擇因而顯現(xiàn)其重要性。較寬的RBW 較能充分地反應(yīng)輸入信號的波形與振幅，但較低的RBW 將能區(qū)別不同頻率的信號。例如使用于6MHz 頻寬視訊頻道的量測，經(jīng)驗(yàn)得知，RBW 為300kHz 與3MHz 時(shí)，載波振幅峰值并不產(chǎn)生顯著變化，量測6MHz的視頻信號通常選用300kHz 的RBW 以降低噪聲。天線信號量測時(shí)，頻譜分析儀的展頻（Span）使用100MHz，獲得較寬廣的信號頻譜需求，RBW使用3MHz。這些的量測參數(shù)并非一成不變，將會(huì)依現(xiàn)場狀況及過去量測的經(jīng)驗(yàn)加以調(diào)整。

實(shí)時(shí)式頻譜分析儀
在存在被測信號的有間內(nèi)提取信號的全部頻譜信息進(jìn)行分析并顯示其結(jié)果的儀器主要用于分析持續(xù)時(shí)間很短的非重復(fù)性平穩(wěn)隨機(jī)過程和暫態(tài)過程，也能分析40兆赫以下的低頻和極低頻連續(xù)信號，能顯示幅度和相位。傅里葉分析儀是實(shí)時(shí)式頻譜分析儀，其基本工作原理是把被分析的模擬信號經(jīng)模數(shù)變換電路變換成數(shù)字信號后，加到數(shù)字濾波器進(jìn)行傅里葉分析；由*處理器控制的正交型數(shù)字本地振蕩器產(chǎn)生按正弦律變化和按余弦律變化的數(shù)字本振信號，也加到數(shù)字濾波器與被測信號作傅里葉分析。正交型數(shù)字式本振是掃頻振蕩器，當(dāng)其頻率與被測信號中的頻率相同時(shí)就有輸出，經(jīng)積分處理后得出分析結(jié)果供示波管顯示頻譜圖形。正交型本振用正弦和余弦信號得到的分析結(jié)果是復(fù)數(shù)，可以換算成幅度和相位。分析結(jié)果也可送到打印繪圖儀或通過標(biāo)準(zhǔn)接口與計(jì)算機(jī)相連。
技術(shù)指標(biāo)
頻譜分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)有頻率范圍、分辨力、分析譜寬、分析時(shí)間、掃頻速度、靈敏度、顯示方式和假響應(yīng)。
頻率范圍
頻譜分析儀進(jìn)行正常工作的頻率區(qū)間?，F(xiàn)代頻譜儀的頻率范圍能從低于1Hz至300GHz。
分辨力
頻譜分析儀在顯示器上能夠區(qū)分鄰近的兩條譜線之間頻率間隔的能力，是頻譜分析儀重要的技術(shù)指標(biāo)。分辨力與濾波器型式、波形因數(shù)、帶寬、本振穩(wěn)定度、剩余調(diào)頻和邊帶噪聲等因素有關(guān)，掃頻式頻譜分析儀的分辨力還與掃描速度有關(guān)。分辨帶寬越窄越好?，F(xiàn)代頻譜儀在高頻段分辨力為10～100赫。
分析譜寬
又稱頻率跨度。頻譜分析儀在一次測量分析中能顯示的頻率范圍，可等于或小于儀器的頻率范圍，通常是可調(diào)的。

一、頻譜分析儀的使用入門
如下圖為所使用的頻譜分析儀面板外觀：
為了測量天線的發(fā)射功率，可按照圖中紅色標(biāo)識(shí)的步驟進(jìn)行。步驟與具體含義如下：
1、Frequency：設(shè)置頻率，按下該按鍵后，可在數(shù)字鍵盤輸入需要的頻率，數(shù)字鍵盤右邊一列為單位2、Span：設(shè)置顯示屏顯示頻率寬度，可根據(jù)需要設(shè)置，本次設(shè)置的50MHz3、Trace：該按鍵選擇保留顯示屏數(shù)據(jù)的方式，按下該案件后，可在藍(lán)色圈中選擇方式（類似于示波器中的“觸發(fā)方式”），由上往下第二個(gè)按鈕MaxHold表示保留發(fā)射功率4、Amplitude：調(diào)節(jié)頻譜分析儀的參考電衰減比，按下該按鍵后旋轉(zhuǎn)白色的大旋鈕可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，作用是將頻譜圖調(diào)整到合適的位置，不至于飛出屏幕。5、Mark（MAK）：調(diào)出標(biāo)記點(diǎn)，此時(shí)旋轉(zhuǎn)旋鈕可以查看頻譜圖中任意一點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)。二、信號相關(guān)名詞解釋1、發(fā)射功率：
發(fā)射功率就是所使用的設(shè)備（手機(jī)、對講機(jī)、其他嵌入式設(shè)備等）所發(fā)射出來給基地臺(tái)的信號強(qiáng)度。
無線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接收下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機(jī)。因此在無線網(wǎng)絡(luò)的工程中，計(jì)算發(fā)射裝置的發(fā)射功率與天線的能力非常重要。
無線電波的發(fā)射功率是指在給定頻段范圍內(nèi)的能量，通常有兩種衡量或測量標(biāo)準(zhǔn)：
1、功率（W）：相對1瓦（Watts）的線性水準(zhǔn)。例如,WiFi無線網(wǎng)卡的發(fā)射功率通常為0.036W，或者說36mW。
2、增益（dBm）：相對1毫瓦（milliwatt）的比例水準(zhǔn)。例如,WiFi無線網(wǎng)卡的發(fā)射增益為15.56dBm。
2、增益：
（1）dBm：功率
公式：10lg功率P1mW
eg1：1mW發(fā)射功率用dBm表示：發(fā)射功率為：10lg（功率值/1mW）=10lg（1mW/1mW）=0dBm
eg2：2mW發(fā)射功率用dBm表示：發(fā)射功率為：10lg（功率值/1mW）=10lg（2mW/1mW）=10lg2=3dBm
（2）dB：相對功率
dB是一個(gè)表征相對值的值，當(dāng)考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個(gè)dB時(shí)，按下面計(jì)算公式：
公式：10lg甲功率乙功率
eg1、甲的功率是乙的功率的2倍，則用公式計(jì)算為：10lg(甲功率/乙功率)=10lg2=3dB，描述為甲比乙功率大了3dB。
3、信噪比（SNR）：
信噪比SNR=信號功率噪聲功率
4、Rssi：
RSSI：ReceivedSignalStrengthIndication接收的信號強(qiáng)度指示，無線發(fā)送層的可選部分，用來判定鏈接質(zhì)量，以及是否廣播發(fā)送強(qiáng)度
頻譜分析儀是研究電信號頻譜結(jié)構(gòu)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。
它又可稱為頻域示波器、跟蹤示波器、分析示波器、諧波分析器、頻率特性分析儀或傅里葉分析儀等。
現(xiàn)代頻譜分析儀能以模擬方式或數(shù)字方式顯示分析結(jié)果，能分析1赫以下的甚低頻到亞毫米波段的全部無線電頻段的電信號。
儀器內(nèi)部若采用數(shù)字電路和微處理器，具有存儲(chǔ)和運(yùn)算功能；配置標(biāo)準(zhǔn)接口，就容易構(gòu)成自動(dòng)測試系統(tǒng)。
頻譜儀是一種常用的，主要針對于射頻和微波信號進(jìn)行檢測，在多個(gè)領(lǐng)域中都有一定的應(yīng)用。
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