頻譜分析儀是測(cè)試射頻、射頻電路、模塊和單元時(shí)使用的關(guān)鍵測(cè)試儀器。它們用于許多領(lǐng)域，包括射頻設(shè)計(jì)、通用電子電路設(shè)計(jì)、電子制造和測(cè)試以及服務(wù)，有時(shí)還有現(xiàn)場(chǎng)維修。

這些測(cè)試儀器顯示幅度與頻率的關(guān)系，因此，這些測(cè)試儀器是定位雜散信號(hào)以及顯示和測(cè)量信號(hào)帶寬的關(guān)鍵。

了解如何有效地使用頻譜分析儀是能夠正確研究射頻電路運(yùn)行的關(guān)鍵。

了解如何使用頻譜分析儀的關(guān)鍵方法之一是查看控件。

雖然這個(gè)測(cè)試儀器可能看起來(lái)很復(fù)雜，但一旦花了一點(diǎn)時(shí)間，就很容易理解如何使用頻譜分析儀。

盡管每種分析儀類型都不同，但每種測(cè)試儀器的基本概念都是相同的 - 可以進(jìn)行相同類型的測(cè)量，并提供相同的基本控制功能。這樣，一旦使用了一種測(cè)試儀器，就可以將相同的基本技能傳授給其他頻譜分析儀的使用。

頻譜分析儀上有許多不同的控件和界面。盡管這些測(cè)試設(shè)備可能看起來(lái)很復(fù)雜，但經(jīng)過(guò)一些練習(xí)后可以充分利用它們，因?yàn)楸仨氄_使用控件。

顯示器在研究如何使用頻譜分析儀時(shí)，測(cè)試設(shè)備的主要元素之一是顯示器。顯示器有一個(gè)刻度，通常有十個(gè)主要水平分度和十個(gè)主要垂直分度。

分析儀的橫軸在頻率上是線性校準(zhǔn)的，較高的頻率位于顯示屏的右側(cè)。垂直軸以振幅校準(zhǔn)。該刻度通常是對(duì)數(shù)的，盡管通常可以使用其他刻度，包括用于專門測(cè)量的線性刻度。

通常使用對(duì)數(shù)刻度，因?yàn)樗梢栽陬l譜分析儀上看到非常寬范圍的信號(hào) - 感興趣的信號(hào)可能會(huì)變化 70dB、80dB 或更多。通常使用每格 10 dB 的值。該刻度通常以 dBm（即相對(duì) 1 毫瓦的分貝）為單位進(jìn)行校準(zhǔn)，因此可以查看絕對(duì)功率電平以及比較兩個(gè)信號(hào)之間的電平差異。

除了顯示光譜外，使用數(shù)字技術(shù)的現(xiàn)代分析儀通常還具有軟鍵，以在顯示器邊緣周圍提供各種功能。

設(shè)置頻率要設(shè)置頻譜分析儀的頻率，可以進(jìn)行兩種選擇。這些選擇彼此獨(dú)立，在不同的控件上或通過(guò)鍵盤單獨(dú)輸入：

中心頻率： ： 中心頻率選擇將刻度中心的頻率設(shè)置為所選值。它通常是要監(jiān)測(cè)的信號(hào)所在的位置。通過(guò)這種方式，主信號(hào)位于顯示屏的中央，并且可以監(jiān)控兩側(cè)的頻率。

跨度：跨度選擇是使用頻譜分析儀時(shí)要查看或監(jiān)控的頻率覆蓋范圍?？缍瓤梢宰鳛榭潭壬厦扛竦膸捊o出，也可以作為在屏幕校準(zhǔn)部分看到的總跨度，即在刻度上校準(zhǔn)的最大范圍內(nèi)。另一個(gè)通?？捎玫倪x項(xiàng)是設(shè)置掃描的開(kāi)始和停止頻率。這是表示跨度的另一種方式，因?yàn)殚_(kāi)始頻率和停止頻率之間的差值等于跨度。減小跨度將允許更好的信號(hào)分辨率，從而可以看到信號(hào)的接近分量。

頂部和底部頻率： 作為設(shè)置跨度和中心頻率的替代方法，許多分析儀提供了輸入掃描的開(kāi)始和停止或頂部和底部頻率的功能。

增益和衰減調(diào)整在頻譜分析儀上還可以使用其他控件。其中大多數(shù)屬于兩類之一。第一個(gè)與頻譜分析儀內(nèi)各部分的增益或衰減有關(guān)。

如果測(cè)試設(shè)備的某些部分過(guò)載，則儀器內(nèi)可能會(huì)產(chǎn)生雜散信號(hào)。這可以通過(guò)使用輸入衰減器進(jìn)行額外的衰減來(lái)防止。但是，如果插入過(guò)多的衰減，則在后期階段需要額外的增益（IF增益），并且背景噪聲水平會(huì)增加，這有時(shí)會(huì)掩蓋較低電平的信號(hào)。因此，需要仔細(xì)選擇頻譜分析儀中的相關(guān)增益電平，以獲得最佳性能。

現(xiàn)代測(cè)試設(shè)備通常具有單個(gè)增益控制，通常稱為參考電平控制，它結(jié)合了輸入衰減和IF增益控制。它會(huì)自動(dòng)調(diào)整兩者以獲得最佳設(shè)置。通過(guò)這種方式，一端的過(guò)載、秤和另一端的本底噪聲都得到了優(yōu)化。

通常，調(diào)整總增益，使目標(biāo)信號(hào)的峰值朝向顯示器的頂部 - 通常與頂部有10dB的差距就足夠了。這樣，也可以非常容易地看到振幅過(guò)大的雜散信號(hào)和其他信號(hào)。

如果參考電平降低得太遠(yuǎn)，信號(hào)值將降低并逐漸接近殘余噪聲電平。為了進(jìn)行合理的測(cè)量，信號(hào)和噪聲之間應(yīng)有20dB的差異。

掃描速率頻譜分析儀通過(guò)掃描所需范圍的低端到高端所需的頻率范圍來(lái)運(yùn)行。它執(zhí)行此操作的速度很重要。顯然，它掃描范圍的速度越快，測(cè)量速度就越快。

然而，測(cè)試儀器的掃描速率受到另外兩個(gè)因素的限制。這些是 IF 中使用的濾波器，以及也可用于平均讀數(shù)的視頻濾波器。這些濾波器必須有時(shí)間做出響應(yīng)，否則信號(hào)將被遺漏，測(cè)量結(jié)果將變得無(wú)用。

保持盡可能高的掃描速率仍然至關(guān)重要，以確保盡快進(jìn)行測(cè)量。通常，掃描速率、跨度和濾波器帶寬在測(cè)試設(shè)備內(nèi)鏈接，以確保選擇最佳組合。掃描速率是一個(gè)關(guān)鍵設(shè)置，尤其是在需要進(jìn)行大量測(cè)量時(shí)，例如在需要表征IC或RF電路的射頻設(shè)計(jì)中，或者在必須將測(cè)試時(shí)間保持在最低限度的電子制造商中。

濾波器帶寬其他控制措施涉及儀器內(nèi)的濾波器帶寬。一般有兩種類型：

IF濾波器：中頻濾波器基本提供頻譜分析儀的頻率分辨率。選擇較窄的濾波器帶寬將能夠看到距離很近的信號(hào)。然而，由于它們是窄帶濾波器，因此這些濾波器對(duì)變化的響應(yīng)速度不如寬帶濾波器快。因此，使用它們時(shí)必須選擇較慢的掃描速率。

當(dāng)必須使用窄帶寬和慢掃描速率時(shí)，可以通過(guò)減少需要掃描的跨度來(lái)進(jìn)行測(cè)量的時(shí)間。即使必須使用較慢的掃描速率，也可以減小必須進(jìn)行掃描的范圍，從而減少分析儀的掃描時(shí)間。

視頻過(guò)濾器：視頻濾波功能用于許多模擬頻譜分析儀，在使用數(shù)字信號(hào)處理的分析儀中并不常見(jiàn)。它提供了一種應(yīng)用于信號(hào)的平均值形式。這樣可以減少由噪聲引起的變化，這有助于平均信號(hào)，從而揭示可能看不到的信號(hào)。使用視頻濾波還會(huì)限制頻譜分析儀的掃描速度?，F(xiàn)代FFT和實(shí)時(shí)頻譜分析儀將具有特殊的平均功能。

在現(xiàn)代頻譜分析儀上，濾波器帶寬通常自動(dòng)與跨度和掃描速率相關(guān)聯(lián)，以便為任何給定情況選擇最佳設(shè)置。濾波器越窄，看到的細(xì)節(jié)越精細(xì)，本底噪聲水平越低。（NB噪聲與帶寬成正比，因此帶寬越低，噪聲越低）。如上所述，一個(gè)好的經(jīng)驗(yàn)法則是確保噪聲和信號(hào)電平之間存在20dB的差異，以便進(jìn)行合理的測(cè)量。

濾波器帶寬也可以稱為分辨率，因?yàn)闉V波器帶寬水平越窄，就可以看到更精細(xì)的細(xì)節(jié)。

標(biāo)記：幾乎在新的頻譜分析儀上集成的一個(gè)非常有用的設(shè)施是標(biāo)記的使用。它們檢測(cè)波形特定部分的電平，可用于測(cè)量不同信號(hào)的電平，并比較諧波或雜散信號(hào)相對(duì)于載波的電平等數(shù)字。

通常，這些標(biāo)記可以設(shè)置為選擇峰值、第二個(gè)峰值等，或測(cè)量給定點(diǎn)的電平 - 通常使用滾輪或旋鈕來(lái)設(shè)置頻率。

這些標(biāo)記通常由軟功能鍵控制，這些軟功能鍵通常作為軟鍵出現(xiàn)在觸摸屏上，或作為屏幕周圍的按鈕出現(xiàn)。

現(xiàn)代頻譜分析儀擁有大量的設(shè)備，特別是與多年前的模擬測(cè)試儀器相比。

除了標(biāo)記等許多功能外，通常還有許多其他功能可以使用軟鍵進(jìn)行訪問(wèn)。這些可能包括測(cè)量相位噪聲和噪聲系數(shù)的例程。

另一個(gè)是易于測(cè)試信號(hào)頻譜的能力。可以設(shè)置一個(gè)模板，詳細(xì)說(shuō)明信號(hào)頻譜必須落在的限值。這個(gè)掩碼出現(xiàn)在屏幕上，然后很容易看出信號(hào)的頻譜是否超出這個(gè)范圍。

使用頻譜分析儀的提示和技巧

雖然可以詳細(xì)介紹頻譜分析儀的各種控制及其作用，但下面列出了與使用頻譜分析儀的實(shí)際方面相關(guān)的其他要點(diǎn)：

注意輸入電平：在處理高功率水平時(shí)，很容易損壞這些測(cè)試儀器的輸入。輸入通常直接連接到高性能混頻器。如果施加過(guò)大的功率，可能會(huì)損壞混頻器，修復(fù)成本可能很高，更不用說(shuō)在尋找替代品時(shí)中斷任何測(cè)試的成本了。

在測(cè)試發(fā)射機(jī)時(shí)，輸出必須通過(guò)衰減器，在重新配置任何測(cè)試時(shí)，很容易忘記包括衰減器。要非常小心地確保衰減器始終包含在內(nèi)，以降低任何高功率水平，從而使輸入不會(huì)過(guò)載。

分析儀的輸入連接器通常帶有有關(guān)允許的最大功率電平的警告，詳細(xì)說(shuō)明了允許的實(shí)際功率。

檢查分析儀或UUT中是否產(chǎn)生雜散信號(hào)：在測(cè)試雜散信號(hào)時(shí)，并不總是很明顯是否有任何雜散信號(hào)是在測(cè)試儀器內(nèi)部產(chǎn)生的，或者它們來(lái)自被測(cè)設(shè)備。如果頻譜分析儀輸入級(jí)過(guò)載，它們可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的信號(hào)。

簡(jiǎn)單的檢查方法是將輸入衰減器電平（不是任何其他增益控制）降低10 dB。如果雜散電平下降10dB（與其他信號(hào)一起），則雜散信號(hào)由UUT產(chǎn)生。如果雜散信號(hào)下降超過(guò)10 dB，則意味著它們是在頻譜分析儀內(nèi)部產(chǎn)生的。如果是這種情況，請(qǐng)減小輸入衰減器，直到頻譜分析儀生成的雜散信號(hào)不再可見(jiàn)。

確保軟件是最新的：最好確保頻譜分析儀中的軟件是最新的。制造商會(huì)定期更新軟件以修復(fù)錯(cuò)誤，有時(shí)還會(huì)提高性能。通過(guò)使軟件保持最新?tīng)顟B(tài)，可以確保所有最新設(shè)施都可用。

測(cè)量相位噪聲時(shí)，請(qǐng)確保分析儀性能足夠：使用頻譜分析儀測(cè)量信號(hào)的相位噪聲時(shí)，請(qǐng)確保頻譜分析儀內(nèi)本振的噪聲性能比被測(cè)信號(hào)的預(yù)期性能好約6 dB。如果不是這樣，那么頻譜分析儀振蕩器的相位噪聲將影響讀數(shù)。如果被測(cè)信號(hào)優(yōu)于頻譜分析儀本振的極端情況，則測(cè)量頻譜分析儀本身的相位噪聲！

使用頻譜分析儀時(shí)，可以快速找到可以有效使用的地方。使用這些測(cè)試的一些提示和技巧有助于克服每個(gè)人在使用頻譜分析儀時(shí)遇到的問(wèn)題。

盡管大多數(shù)頻譜分析儀將具有進(jìn)一步的控制，但提到的控制是主要使用的控制，并且可以很好地理解如何使用頻譜分析儀。頻譜分析儀是測(cè)試設(shè)備中非常有用的物品，對(duì)于射頻設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和測(cè)試非常寶貴。

頻譜分析儀是射頻設(shè)計(jì)的寶貴測(cè)試儀器 - 它們?yōu)樯漕l電路、模塊和系統(tǒng)的運(yùn)行提供了重要的見(jiàn)解。因此，它們是射頻設(shè)計(jì)、電子電路設(shè)計(jì)、電子制造、服務(wù)、現(xiàn)場(chǎng)維修等最重要的測(cè)試設(shè)備之一。

審核編輯：黃飛