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频谱分析仪的作用、分类及工作原理
频谱分析仪又称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具。因此，应用十分广泛，被称为工程师的射频万用表。本文，贤集网小编主要介绍的是它的作用、分类和工作原理，下面就一起来看看吧！
频谱分析仪的作用：
频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，能分析1赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。仪器内部若采用数字电路和微处理器，具有存储和运算功能；配置标准接口，就容易构成自动测试系统。
主要功能为以下六项：
1、频率设置
2、基准电平设置
3、带宽、扫描时间、触发控制设置
4、跟踪发生器设置
5、跟踪控制设置
6、利用标记功能测量回波损耗(以dB为单位)
频谱分析仪的分类：
频谱分析仪分为扫频式和实时分析式两类。
1、扫频式频谱分析仪
它是具有显示装置的扫频超外差接收机，主要用于连续信号和周期信号的频谱分析。它工作于声频直至亚毫米的波频段，只显示信号的幅度而不显示信号的相位。它的工作原理是：本地振荡器采用扫频振荡器，它的输出信号与被测信号中的各个频率分量在混频器内依次进行差频变换，所产生的中频信号通过窄带滤波器后再经放大和检波，加到视频放大器作示波管的垂直偏转信号，使屏幕上的垂直显示正比于各频率分量的幅值。本地振荡器的扫频由锯齿波扫描发生器所产生的锯齿电压控制，锯齿波电压同时还用作示波管的水平扫描，从而使屏幕上的水平显示正比于频率。
2、实时式频谱分析仪
在存在被测信号的有限时间内提取信号的全部频谱信息进行分析并显示其结果的仪器主要用于分析持续时间很短的非重复性平稳随机过程和暂态过程，也能分析40兆赫以下的低频和极低频连续信号，能显示幅度和相位。傅里叶分析仪是实时式频谱分析仪，其基本工作原理是把被分析的模拟信号经模数变换电路变换成数字信号后，加到数字滤波器进行傅里叶分析；由中央处理器控制的正交型数字本地振荡器产生按正弦律变化和按余弦律变化的数字本振信号，也加到数字滤波器与被测信号作傅里叶分析。正交型数字式本振是扫频振荡器，当其频率与被测信号中的频率相同时就有输出，经积分处理后得出分析结果供示波管显示频谱图形。正交型本振用正弦和余弦信号得到的分析结果是复数，可以换算成幅度和相位。分析结果也可送到打印绘图仪或通过标准接口与计算机相连。
频谱分析仪的工作原理：
频谱分析仪架构犹如时域用途的示波器，面板上布建许多功能控制按键，作为系统功能之调整与控制，实时频谱分析仪（Real-Time Spectrum Analyzer）与扫瞄调谐频谱分析仪（Sweep-Tuned Spectrum Analyzer）。实时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅，其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器（Detector），再经由同步的多任务扫瞄器将信号传送到CRT 屏幕上，其优点是能显示周期性杂散波（PeriodicRandom Waves）的瞬间反应，其缺点是价昂且性能受限于频宽范围、滤波器的数目与最大的多任务交换时间（Switching Time）。
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Copyright (C)2014& & 二、频谱分析仪的组成及工作原理
& & 图1所示为扫频超外差频谱分析仪组成框图。输入信号经衰减器以限制信号幅度，经低通输入滤除不需的频率，然后经器与本振(LO)信号混频将输入信号转换到中频(IF)。LO的频率由扫频发生器控制。随着LO频率的改变，混频器的输出信号(它包括两个原始信号，它们的和、差及谐波，)由分辨力带宽滤出本振比输入信号高的中频，并以对数标度放大或压缩。然后用检波器对通过IF器的信号进行整流，从而得到驱动显示垂直部分的直流。随着扫频发生器扫过某一，屏幕上就会画出一条迹线。该迹线示出了输入信号在所显示频率范围内的频率成分。
& & 三、频谱仪各部分作用及显示信号分析
& & 输入衰减器：保证频谱仪在宽频范围内保持良好匹配特性，以减小失配误差;保护混频器及其它中频处理，防止部件损坏和产生过大的非线性失真。
& & 混频器：完成信号的频谱搬移，将不同频率输入信号变换到相应中频。在低频段(&3G)利用高混频和低通滤波器抑制镜像干扰;在高频段(&3GHz)利用带通跟踪滤波器抑制镜像干扰。
& & 本振(LO)：它是一个压控，其频率是受扫频发生器控制的。其频率稳定度锁相于参考源。
& & 扫频发生器：除了控制本振频率外，它也能控制水平偏转显示，锯齿波扫描使频谱仪屏幕上从左到右显示信号，然后重复这个扫描不断更新迹线。扫频宽度(Span)是从左fstart到右fstop10格的频率差，例如：Span=1MHz,则100kHz/div.
& & 中频放大器：其增益和衰减器设置值连动工作，即当输入衰减10dB时，则中频增益同时增加10dB,使输入信号电平保持不变。屏幕顶格线参考电平间接设置中频增益值。当参考电平&(或&)10dB,则增益&(或&)使信号&移(或&移)10dB,即改变信号显示位置，但信号幅度保持不变。当输入衰减增加10dB时，减小10dB.这是因为输入衰减在混频器之前，只对信号电平进行衰减，而是混频以后产生的，为保证输入信号电平不变，混频后的信号要相应地放大10dB,这样噪声也就跟着相应地放大，即噪声电平增加10dB.
& & 中频滤波器：也称分辨力带宽滤波器，用来分辨不同频率的信号。它只允许本振信号减去输入信号的差频等于中频时，才能通过中频滤波器，最后在屏幕上显示。其它干扰信号将被抑制掉。
& & 中频滤波器的3dB带宽也称作分辨力带宽(RBW)。之所以在频谱仪上信号不可能显示为无线细的线，而是有一定的宽度，是因为当调谐通过信号时，其形状是频谱仪自身分辨带宽(IF滤波器)形状的显示。当改变RBW时，就改变了显示响应的宽度。
& & RBW越小，其频率分辨率越高。RBW减小10倍，则减小10倍的噪声能量到达检波器，并且显示的平均噪声电平将减小10dB,反之相反。噪声电平变化&DdB=10log(RBWnew/RBWold)=10log(1kHz/10kHz)=-10dB.
& & 检波器：它将输入信号功率转换为输出视频电压，该电压值对应输入信号功率。当频谱分析仪扫频宽度Span=0时，包络检波器将对输入信号进行，作为工作在中心频率(CF)，带宽为RBW的接收机(时域方式)，显示信号包络波形。
& & 视频滤波器：是平滑噪声显示的。
& & 它是对检波器输出视频信号进行低通滤波平均处理来平滑显示的。减小视频带宽(VBW)，可对频谱显示中的噪声抖动进行平滑，从而减小显示抖动的范围。这样有利频谱仪发现淹没在噪声中的小功率连续波(CW)信号，还可提高测量的重复性。
& & 显示：等效于调幅收音机中的。我们看到的每个频率的幅度正是我们调谐调幅收音机时所听到的每个频率的幅度，信号在频域上作为一个旋转矢量显示，矢量的长度=正弦波的峰值幅度，矢量在其频率轴上的位置=信号频率。
& & 四、调幅信号测量分析
& & 调幅波的特点是载波的包络随调制信号而变化，其载波频率fC不变。调幅信号用下式表示为U(t)=AC[1+macos(2&t)]
& & cos(2&fct)(4-1)。式中Ac=决定总信号幅度的常数;m a =调幅深度( 0&m a&1 );cos(2&fmt)=归一化调制信号，fm=调制频率;AC[1+macos(2&fmt)]决定载波包络的幅度。fc=载波频率。在时域上，具有正弦幅度调制的载波的波形如图3所示。信号包络变化就是调制信号，这样对包络波形的分析可反映调幅调制参数。波形包络的最小值和最大值称为Umin和Umax.
& & 调幅系数m a可以从这两个参数算出。当调制正弦波处于它的最大正、负值即&1时，将出现最大包络电压Umax=1+和最小包络电压Umin=1-ma.求得调幅系数ma=(Umax-Umin)/(Umax+Umin)(4-2)式，或ma=(1-Umin/Umax)/(1+Umin/Umax)(4-3)式。将(4-1)式展开得U(t)=Aos(2&fct)+maAc/2[cos2&(fc+fm)t+cos2&(fc-fm)t](4-4)式。由此可知，在频域上，调幅信号U(t)由幅度为Ac的载波和两个边带组成;一个处在fc+fm,另一个处在fc-fm,两者的幅度均为maAc/2,频谱如图2所示。调制频率fm是载波与其中一个边带的频率差(边带相对载波呈对称)。幅度差对应于调幅系数ma.即相对于载波的边带幅度用dB表示为dBc=20log(ma/2)，则ma=2&10dBc/20.
& & 五、调幅信号测量实例
& & 频谱分析仪可用来在频域和时域中表征调幅信号。可以测量的参数有载波幅度和频率、调制频率以及调幅系数。
& & 设置信号源输出载波频率fc=400MHz,载波幅度0dBm;调制频率fm=100kHz(T=10us)，调幅系数ma=50%.将信号源输出接至频谱仪输入测量调幅信号。频谱仪设置如下：
& & (1)按【复位】;(2)【频率】、[中心频率]、400[MHz];(3)【幅度】、[参考电平]、0[dBm];(4)【扫频宽度】、[频宽]、1 [ M H z ];调幅信号频域特性为( 5 )【峰值搜索】、标识载波信号;( 6 )【频标】、[&D频标]、将标识移至调制边带频率位置处，即可测得频率差&Df = f m= 1 0 0 k H z,边带相对于载波的幅度差dBc=-12.04dB,可以求出调幅系数ma=2&10dBc/20=2&10-12.04/20=50%.调幅信号时域特性为(7)按【扫频宽度】、[频宽：零频宽];(8)【带宽】、[RBW:手动]、3[MHz];[VBW:手动]、3[MHz];( 9 )【幅度】、[线性]、[参考电平]、[&][&];调整参考电平使信号位于显示中心位置。(10)【扫描】、[扫描时间：
& & 手动]、1 0 0 [ u s ];( 1 1 )【触发】、[视频]、[&][&]调整触发电平，使信号稳定显示。(12)【频标】、[常规频标],测量包络峰值、[&D频标]开启相对测量，测量包络峰-峰值。将标识移至相邻峰-峰值，则可测得调制信号周期T=10us,则f m= 1 / T = 1 0 0 k H z.将标识移至相邻峰值-最小值，即可测得线性幅度比Umin/Umax=0.333,代入(4-3)式可以求出调幅系数ma=(1-0.333)/(1+0.333)=1/2=50%.
& & 还可从图3 时域调幅波中可知波形包络Umax=600mV,Umim=200mV,将其代入(4-2)式，得ma=(600-200)/(600+200)=1/2=50%.
& & 六、结语
& & 频谱仪可利用频域和时域两种方式测量调幅信号。通过讲述频谱分析仪的工作原理和测量信号分析，可正确理解、使用、操作和应用频谱仪。由于篇幅所限，仅对调幅信号进行了测量分析，频谱仪还可以对、三阶交调、激励响应、噪声等多种类型的信号进行频率、功率、带宽、调制等参数测量分析。
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频谱分析仪的系统特性与操作原理
频谱分析仪简介 &一、频谱分析的原理 和为何要进行频谱分析（Spectrum analysis）。频谱的概念充斥在我们的生活周遭，各种具有不同频率的讯号往往是以机率分配的方式存在着，在一般的时域分析（Time-domain analysis）中，可以很容易从时间轴上观察到任何讯号波形变化的事件，只要用示波器的量测就能看出任何具有时间函数之电子讯号事件的瞬间物理量。关于频谱分析仪的发展起源，是在早期的通信系统上频率量测中，为了实现以频率为基准点，在频域上检测信号而研发出来的仪器，并且被广泛地使用在测量通信系统的各种重要参数，如平均噪声位准 （Average noise level）、动态范围（Dynamic range）、频率范围（Frequency range）等等。除此之外，还可以用在时域的量测，如测量传输输出功率等项目。基本上依功能面来看，一般的计频器只能量测讯号的频率，功率计只能量测讯号的功率，而可以将频谱分析仪视为兼具计频器与功率计两种功能的量测仪器。&去观察信号外，还需要从频率的角度（简称频域：Frequency domain）去分析信号。通常用示波器来观察信号并不能看出一窥信号的全貌，只能看到组成之后的波形；例如方波事实上是经过许多信号的累积而形成的一种信号。伟大的法国数学家傅立叶（Jean-Baptiste-Joseph Fourier）则告诉我们，任何时域上的电子讯号现象必然是由多组具有适当之频率、振幅与相位的弦波讯号（Sine wave）所组成。因此，理论上任何具有有适当滤波功能的电子系统必可将讯号波形分解为多个分别不同的弦波或频率组成，以利于个别分析。其中，这些个别不同的弦波则由其所具有的振幅与相位来决定其讯号特性。换言之，藉由这种组成分析即可将弦波讯号由时域转换至频域。对无线射频与微波讯号而言，在不加入分析的要素时，保留相位信息往往只会使转换过程变得更为复杂，因此我们必须设法隔离相位信息。当我们在分析周期性讯号时，透过傅立叶在理论上的诠释让我们可以体会到，在频域中个别组成的弦波之间的距离单位为频率f或1/T，而T即为弦波讯号的周期。了适当地由时域转换至频域而必须对讯号进行连续性的计算，一般我们所进行的讯号观察活动只是以在一小段时间范围内的特性来概括其全貌。运用傅立叶变换就能够从频域的讯号观点转换到时域的空间进行思考，而要利用这样的架构则须计算出沿着频率轴所有范围的频谱成分及其个别成分之相位。例如，将一个时域中的方波转换到频域后再反转换回时域时往往会因为相位参数未加以保留而会产生锯齿波的失真现象。 &在此段落所阐述之频谱的真谛为时域中任意讯号必为一群弦波讯号的线性组合讯号或合成讯号，如图二所示，在频谱的频域象限中所呈现的所有弦波讯号特性图可用振幅与频率来加以表达，而所有非纯弦波波形的讯号则是包含了二次谐波（Second Harmonic）之类的组成讯号。值得关注的议题是有了频谱分析是否就可以完全取代时域分析？似乎不尽然，时域分析在大多数讯号量测重要性仍占有一席之地，因为时域分析的方法提供了针对讯号的脉波上升与下降时间、讯号过冲与振荡现象等，亦即频谱组成分析与时域分析是相辅相成的讯号分析方法。 &在射频电路中可能会有放大器（Amplifier）、振荡器（Oscillator）、混频器（Mixer）、滤波器（Filter）等电路组件，单纯只用示波器来观察的话，根本无法察觉该组件在电路中的变化，这时候就必须使用频谱分析仪，分析其频率响应来说明电路的特性。图二说明了时域与频域上的差别。 &为何要量测频谱？ 由于在频域中也有其所对应的讯号强度可供量测，故频域分析法是找出待测讯号各个谐波成分的最佳解决方案，尤其是对通讯工程人员所最关注的谐波失真分析有其重要性，例如在无线移动电话系统中的载波讯号上，必须经常加以检查是否有来自于其他系统之间的谐波干扰所造成的讯号失真程度而影响到通话质量？除此之外，通讯工程人员也关心载波讯号上的调变讯号失真程度，例如交互调变现象即是一种特别复杂的问题，因为其所产生的失真成分往往落在所攸关的频带中且难以加以滤除。 &频谱的占据率也是一种在频域分析上的重要量测，为了防范邻近频率的讯号干扰而针对调变讯号所进行的展频动作往往是基于有效规范各种发射频谱之带宽的考虑。电磁干扰本身即是一种频谱的占据现象，由于今天在各式各样的资通电子产品的普遍使用下，已造成了各种不需要电磁讯号无所不在的电磁污染源，无论是辐射式或传导式电磁干扰，无一不会造成其他电子系统在操作运转上的损害，因此当前所有电子或电器产品的制造厂商，皆必须依据电子电器商品的相关法令规范来进行必要的电磁辐射测试，才能顺利推展产品上市的计划。 &二、频谱分析仪的种类 频谱分析仪一般而言分成两种类型，Real Time频谱分析仪（SA）与Sweep Tuned频谱分析仪两种类型。 &Real Time频谱分析仪（SA）& 这类型的 SA 称为实时性频谱分析仪，顾名思义是能立即把信号滤出来，所以它使用了许多平行架构的滤波器来分布在所有的带宽范围中，而信号一经输入之后没有 Delay 就能马上表示出来，如图三所示，为实时性频谱分析仪的架构。 &的带宽可以依照不同的 span来作调整与改变，不过这类型的频谱仪，最大的问题在于因为它使用大量的滤波器来作实时处理，所以价格非常昂贵，且带宽都不会很高，一般而言约 10MHz-30MHz 左右。&&&Sweep Tuned频谱分析仪 在这类型的频谱分析仪当中，又可区分为两大类，RF调谐方式、超外差扫描方式。 RF调谐方式 图四所示的为 RF 调谐方式架构而成的频谱分析仪方块图，它是使用一个带通可调的滤波器（Tunable Filter），由一扫描仪来调变期带通宽度，进而使得相关的频率信号通过并加至垂直偏向版（即 CRT 中的横轴），而CRT 中的水平轴受扫描仪频率同步的控制，使不同的频率信号在水平轴上分别对应地呈现。 &&&& 使用此种方式构成的频谱分析仪较为简单，能包含较广的频率范围且价格便宜，但是灵敏度与频率特性等效能较差，且滤波器的带宽固定，即频率的分辨率无法改变。由于此种调谐型的频谱分析仪较为经济以及所能测量的频率范围较广，故早期的微波频带的频谱分析常常使用这一方式；但是较可惜的，因为此种方式是以扫瞄器来调变滤波器的带通，故扫描仪的扫描速度不能太快，通常在数个 MHz/s 左右，当扫描超出这个比值，滤波器对于信号的响应尚未达到 100%时，滤波器的带通范围已经改变，所以所测出的值往往会较小于原来的信号而不准确。 &&超外差式频谱分析仪 ，使之产生随着时间而作线性变化的振荡频率。将此可变的振荡频率与输入信号在混波器（Mixer）混合后，产生一中频。此中频成为接收机的输出，加至屏幕的垂直偏向版（横轴），且巨齿波电压亦同时加至水平偏向板（纵轴），结果在屏幕上显示出的信号为频率与振幅的对应关系。现在就根据图五中每一个单元作简单的介绍： &&衰减器（Input Attenuator）& 因为混波器的RF输入最大线性范围有限，这对一般的量测是不够用的，因此必须将过大的信号预先衰减到混波器的RF输入线性范围。经过混波器之后，在利用放大器将之还原。但这种架构会造成频谱分析仪上的显示噪声位准，随着衰减器的值而起伏。 &信号经过混波器之后，会产生许多两者之间频率倍数相加减的信号。而当输入信号与本地振荡器经过混频之后，会产生三种中频的可能（或者更多），可用以下公式来求出所要的正确中频信号：&&&式来看， f IF 所产生的中频频率远高过频谱分析仪内中频滤波器的协振& 频率，故不能为此仪器所接受。而（3）式所产生之中频，其输入信号之频率 f RF 必须 比 f LO 高，所以此种 f RF 信号比振荡频率 f LO 高的射频就会被排除在外。故最后只有第（2）式中所产生之中频才为政确之中频信号。&&解析带宽（Resolution Bandwidth, RBW）滤波器 RBW滤波器也称中频滤波器，他的作用是将RF频率与本地振荡频率相检的信号，也就是所谓的IF信号，由混波器产生的众多频率中过滤出来。使用者可藉由频谱分析一面板上的RBW控制钮选择不同的3dB带宽的RBW滤波器。由图六中可看出，RBW设的愈窄，所观察到的频率分布就越细微，也降低了噪声位准。 &电压控制振荡器（VCO） 频谱分析仪上VCO的频率，必须由高于最高输入频率延伸到至少最高输入频率两倍的频率以上。对工作在1GHz以上的频谱分析仪而言，这就代表着振荡器至少要由1GHz到3GHz。在实际的设计中，大多数为2GHz到3.5GHz左右。这种频率范围通常需要具有调谐电路的振荡器，而非低频振荡器中典型的线圈与电容。 &检波器（Detector）& 我们若直接将中频信号输出到屏幕上，会造成一团杂波。所以必须透过检波器，将中频的AC信号振幅转换为直流偏压，再输出到屏幕行程相对的传值偏向，已呈现各个频率的大小。现行的频谱分析仪，大多以数字取样的方式，将波型呈现在屏幕上。 &视讯带宽（Video Bandwidth, VBW） 中频振幅的直流偏压送到屏幕之前，还要经过视讯滤波器。它是一个低通滤波器，可将屏幕的垂直偏压变化变的比较平缓。 &&&& 一般来说，超外差式的频谱分析仪混频之后因为中频放大的缘故，可以得到较大的灵敏度，且改变中频滤波器的频带宽度，能够很容易的改变频率的分辨率。但由于超外差式的频谱分析仪是在频袋内扫描的缘故，因此无法得到实时性（Real Time）的分析（瞬间分析全部频，除非要使扫描时间趋近于零。况且，若使用比中频滤波器的时间常数小的扫描时间来扫描的话，则无法得到信号的正确振幅（即功率），因此想要提高频谱分析仪的频率分辨率，且要得到精准的响应，扫描的速度要调整的很适当。由上面的理由可以得之，在超外差的频谱分析仪中，较无法分析瞬时信号（Transient Signal）或单一脉冲信号（Impulse），而主要应用在测试周期性讯号或者其他离散讯号。 &三、频谱分析仪的操作特性 频率分辨率与频带宽度（Frequency Resolution and Bandwidth） 频率分辨率乃是频谱分析仪对于一些频率相隔很近之信号区分的能力）。有两个因素来决定此分辨率：中频放大器的频带宽度或选择性（Selectivity）；另一个为频谱分析仪本身的频率稳定度（Stability），此稳定度决定于频率漂移（Drift）、残余的FM信号（Residual FM），以及本地振荡器上面的噪声大小。 &扫描之灵敏度衰减（Sweep Desensitization） 扫描灵敏度的衰检乃是因为频谱分析仪的扫描速度太快所致。他将会造成对振幅、选择性与分辨率上面的损失但是他仍可以加以改善。当扫描信号被维持在中频滤波器的频带宽度而有足够长的时间允许信号的幅度在滤波器中建立一个适当值，则有一简单的规则就可以避免扫描灵敏度的衰减，即扫描的速度（Hz/s）不可超过中频滤波器3dB带宽的平方。 &灵敏度（Sensitivity） &&时，噪声水平（Noise Floor）会减少10dB，灵敏度也就改善10dB。&四、频谱分析仪主要的设定参数 &&& 频谱分析仪通常提供下列几个基本设定的参数，如图七所示。 &（A） 频率显示的范围：显示频率的范围可以经由设定开始频率和截止频率（也就是频率的最大值与最小值），或者也可以设定想要的中心频率再设定所要展开的带宽。 &（B） 位准显示范围：设定此范围有助于最大位准的显示与间距，以图 1-6为例，参考位准设为-20dBm而总范围为 80dBm（一格 10dB）。 &（C） 频率的分辨率：当频谱分析仪以外差式原理来操作的话，频率的分辨率是由 IF Filter的带宽来设定的，也就是上面所提到的RBW。 &。如果我们希望得到较小的解析带宽，则所花的Sweep Time就会变长。&&五、常用的频谱分析仪配件介绍 &&& 一台频谱分析仪，如果没有适当的配件或者连接线材等外围产品来辅助，其实是无法发挥其功用的，就像是一台计算机只有主机而无其他如屏幕、键盘、鼠标等外围一样的意思。在这边介绍几种常用的频谱分析仪配件，提供给学员认识，也让学员认知该怎样去选择需要的配备来将仪器发挥到最大效用。 &接头介绍 输出端通常会有两种不同的接头，BNC头跟N-Type头两种，如图八所示；对于一个测试系统来说，BNC接头的频谱分析仪通常能测试的范围比较小，且透过BNC所测试出来高频的部分较容易产生误差，所以在现今的高频测试仪器，几乎都是使用 N-Type的接头为主。&&、BNC接头外，另外还有最常见的SMA接头、F接头等常见的接头，如图九所示。SMA接头常用在高频测试或者电路板连接的部分，在本教材的模板上，其测试接头也都是以 SMA接头为主；F接头较常使用在有线电视系统中，或者在 AV 信号中也时常看见它的影子。其他还有像是 TNC 接头、M 接头、UHF接头等这类型的接头，较常在无线电系统中被使用；这些类型的接头虽然在 RF 通讯系统中并不会时常用到，但是在测量某些特殊规格或者测试过程还是有可能会使用到。&&线材介绍 线材 有几个型号，RG223、RG316等这类型的线材较常使用在高频通讯上；RG58、RG59等这类型线材较常用在低频测试上。在本课程的实验中，在RF部分的量测常见的是以RG316线材来作测试线材。如图十所示为常用的测试线材。&&六、频谱分析仪的应用 &&& 频谱分析仪的应用非常的广，依照不同的待测物、不同的信号即可变化出各式各样的测试方式，在此提出几个较常见的测试方式。 &傅立叶分析验证 &&& 傅立叶变换（Fourier Transform）是一种目前十分重要而且广泛应用于各行业的数字讯号分析技术，当仪器测量所得的讯号为时间-振幅的数据时，可以使用傅立叶变换将此一讯号转换为频率-振幅，从而进行此一讯号的频率特性的分析。 傅立叶积分的定义为： &&a 0、 a n 、 b n 为傅立叶系数； &T0 为周期，也就是信号基频成分的周期；&0 /2&/T0 =& 为信号的基频， &n&0为n次谐波。&&&谐波量测 讯号，在其N倍频下通常能看到其谐波的信号，如图十二所示。&&通讯监测与频段测试 、700MHz、1GHz等信号出现，在频谱仪上就可很清楚的接收到。&&相位噪声测试 &&& 一个理想的信号，再频谱分析仪上可以用一条垂直线来代表，换句话说，只有在此频率上才有信号的功率值，在信号的左右完全没有功率。但在真实的世界中，因为物理特性的关系，是不可能有如此完美的信号存在，如图十四所示。一个信号除了本身的频率之外，还会有残留的功率在其附近，这就被称为相位噪声。&&通道功率 &&& 信道功率是以设定信道宽度的大小的带宽来测定，来计算其中的总功率值；例如的信号带宽设定在 1MHz﹝即中心频率左右各 500kHz﹞，那通道功率就以这个范围来测量整个带宽中的总功率；换言之，如果带宽设定在 100kHz，那通道功率就会以 100kHz内的总功率来作计算。图十五为通道功率的示意图。&&调变信号测试 &&& 在目前的数字信号中，几乎都是属于调变过后的信号，因为调变信号可以加强信号的安全性，常见的调变讯号有 AM、FM、FSK以及其他常被提及的调变方式。且不同的调变信号可以让设计者或者系统中来判别，该接收到的信号是否为所想要的信号，图十六即是使用频谱分析仪来作信号检测的图例。&&&&Gain/Loss的量测 &&& 当频谱分析仪结合讯号追踪器（Tracking Generator, TG）就成了一个激发响应（Stimulus Response）量测系统。使用 TG来发射信号可当作一信号发生器，把 RF接收端当成接收器；由于 TG与 RF的信号同步，故可以很容易的可以找出产品的频率响应点（Insertion Loss），且如果搭配 Directional Coupler 的配件，可量测返回损失（Return Loss）。不论在测试频率响应点或者返回损失，测试时都必须先做标准化，通常标准化有两种方式，短路与开路，如图十七所示。标准化的意义在于将仪器、制具、接头、线材等的损失先行扣除而直接量测得出待测物本身发出信号的结果。&&Gain/Loss的量测 &&& 当频谱分析仪结合讯号追踪器（Tracking Generator, TG）就成了一个激发响应（Stimulus Response）量测系统。使用 TG来发射信号可当作一信号发生器，把 RF接收端当成接收器；由于 TG与 RF的信号同步，故可以很容易的可以找出产品的频率响应点（Insertion Loss），且如果搭配 Directional Coupler 的配件，可量测返回损失（Return Loss）。不论在测试频率响应点或者返回损失，测试时都必须先做标准化，通常标准化有两种方式，短路与开路，如图十七所示。标准化的意义在于将仪器、制具、接头、线材等的损失先行扣除而直接量测得出待测物本身发出信号的结果。&一般来说，直接使用 TG来传送信号、用 RF来接收信号的测试方式﹝即中间无耦和器等线路﹞，其标准化会先将待测物拿掉，先行将两端短路，然后利用频谱分析仪内的标准化功能﹝一般需要有加装 TG 才会开启这个功能﹞校正后，再将待测物放上即可测试；而另一种使用 Coupler 的方式，一般会使用网桥来当作中间Coupler，这样的测试方式，就会先将网桥的 Source端接上 TG、Reflected 接到 RF 端，然后将 DUT 端先行开路，等标准化之后再将待测物接上 DUT 端即可测试完成。 &六、频谱分析仪的面板认识 &&& 前面介绍了频谱分析仪的概念、基础原理与应用面，这个部份介绍频谱分析仪的面板，让大家认识频谱分析仪在面板上分成哪些区块，使用者对于区块内的功能该怎样去使用。接下来我们以 GW Instek GSP-830 （图十八）来解说频谱分析仪的各个部分：&&&&&&&&固纬所设计生产的频谱分析仪是基于全数字合成（DDS）及低噪声的设计，具有多样化的量测功能，包括：光标测量、功率测量、限制线设定、双轨迹和触发功能等各类型应用。且简单和快速的量测让您的操作实现真正的便捷。GSP系列的频谱分析仪配置了灵活且便利的功能、人性化的用户操作面板，透过完整的设置选单，可广泛地应用于实验、测量和维修服务领域。GSP系列在固纬的设计技术中表现出了显着的成就。频谱分析仪的概述在无线通信设备、元器件和系统测量应用中，频谱分析仪是应用地最广泛的测量仪器。它测量和展现射频信号的频率分布。信号的频率和振幅等讯息都可以通过频谱分析仪进行测量和读取。当前的无线通信系统主要使用数字通信技术，但是在工业测量中，使用频谱分析仪测量频谱仍然具有重要的意义。为了满足不同的频谱分析需要，固纬提供了3款不同的频谱分析仪：3GHz、2.7GHz和1GHz。配置了卓越的性能和低廉价格，无线产品的制造、服务、设计、教育制定等。固纬电子所推出的3GHz频谱分析仪GSP-830是扫瞄式频谱分析仪中具有高性能、低噪声准位、易于操作和便于携带等多项优点的分析仪器，能够在高频与通讯应用上，提供学术研究、教育训练、电子零组件设计与生产系统，以及自动化测试中最专业的有效解决方案。固纬电子的GSP-830采用先进的整合性功能设计，不仅能使原有之低噪声准位-117dBm/Hz在搭配20dB增益的前置放大器GAP-802后，进一步再降到-137dBm/Hz，以提供极高的灵敏度来捕捉微弱讯号。同时透过自动程序编辑模式，让用户可编辑10组量测步骤以进行自动化执行序列的程序设定，而其中可进入暂停、重复和单次模式以配合不同的选用场合。此外，GSP-830尚有更多优异且独特之功能，包括自动设定、窗口分割、功率量测、讯号通过/失败测试等项目，皆能在频谱分析的专业工作上满足所有使用者的应用需求。加上各式各样数据与讯号的传输界面设计，如USB Host/Device，RS-232C，VGA和GPIB等标准或选配配件，使得GSP-830已成为使用者在频谱分析中运用远程控制、监控和多元化数据传输的重要利器。销售热线: 0& 6 主要特性 固纬电子现在把频谱分析仪产品系列扩展到3GHz。GSP-830继承了固纬产品高性能、低价格、易操作和轻重量的优势。且惊人的低底噪噪声大大增加了测量范围；先进的用户接口带给您很好的视觉效果、丰富的测量功能使您的工作更加简单和轻松。GSP-830为您提供了市场上最高的性能价格比。 宽广的测量范围GSP-830杰出的底噪噪声，-152dBm/Hz @1GHz，在捕获微弱信号表现的极为稳定。且接上20dB增益的前置放大器GAP-802后，GSP-830的底噪能够达到相当于-172dBm/Hz，提供更宽广的测量范围。自动测量功能GSP-830在不使用外部计算机控制的情况下能也能成为一部自动测量仪器。用户可透过前面板的按键定义自己所需要的执行程序并且储存到10组程序设置里。除了面板上所有的功能外，程序设置还可包含暂停指令，所以需要观测面板的信息时可先暂停运行的程序去观察测量结果，然后接着执行。且过程控制功能可根据应用需要可以选择重复直行和单次执行两种模式。 便捷可携的电源操作配置了两组Li-lon电池后，GSP-830能够在正常操作下维持3小时。直流电源操作模式也能用12V电源供应器或汽车的点烟器给GSP-830供电。且提供了一个专用背包，除了能将您的GSP-830安全收纳外，也可收纳您所需的测试配件。对于时常在外的维修工程师来说，GSP-830是一个便捷的工具。仅有6kg轻便的重量和轻巧的体积，使得GSP-830非常适合于户外使用。先进的用户接口先进的接口设计能够让用户很愉快的处理复杂的工作。高解析的6.4" TFT LCD提供了高质量的图形显示。用户可自行定义多种不同的颜色轨迹，能够一眼就观察到波形细微的差异。分割窗口模式能够在同一显示器上同时监控不同频段的数值；在分割窗口的模式下，GSP-830相当于将两台频谱分析仪合而为一。丰富的界面支持前面板的USB接口支持常见的USB Flash装置，可以实现多种处理，包括设置状态、波形数据和图形。后面板的USB接口不仅可做为主控接口，还可做为被控装置。GSP-830显示的图形能够通过后面的VGA接口直接将画面送到其他外接的显示器上。方便在测试时需要远程监控或者讲解讨论时很好的应用。 免费的PC软件不论是RS-232C或者USB接口，GSP-830所提供的EagleShot软件可将测量的数据传到PC端。用户除了可以储存图像格式外，还可将数据数据储存成文件文件供进一步的数据分析。除了提供数据储存外，在软件上还支持光标功能，便于快速检测在频段上的各类数据。新版的EagleShot PC软件同时也支持GSP-830和GSP-827。 GSP-830 是一个中高层级的数字合成控制频谱分析仪，适合广泛的应用，比如生产测试，实验室研究和认证。 GSP830性能& && 低噪声： -117dBm @1GHz， 3k RBW。 && 快速扫描： 50ms ~ 25.6s。 && 体积小： 330（宽） x 170（高） x 340（深） mm。 && 重量轻巧： 5.8kg （不含附件）。 GSP830特点 &&& 自动设定。 && 10 个标记（&D游标和峰值功能）& 。 && 3 条波型轨迹。 && 功率量测：ACPR，OCBW，CH Power，N-dB,相位抖动.. && 波形限制线和 Pass/Fail 的功能可快速的核定测试的条件。 && 分割窗口的功能且可分别设定。 && 顺序编程（使用者可自行定义）& 。 && 6.4&P TFT彩色 LCD，640 x 480& 分辨率。 && 音频输出端口（选购的解调器可提供）& 。 && AC/DC/电池多模式电源操作。 GSP830界面 &&& 可使用 USB host 端连接到储存设备。 && 可使用 USB Slave/RS-232/GPIB（选购配备）与计算机连接以及远程控制。 && 直接显示影像的 VGA 输出。 && 参考信号同步输入/输出。 && 外部触发信号输入。 GSP830选购配备& && 跟踪发生器。 && 前置放大器（11.5dB,6GHz） && 电池组 && &1ppm 稳定参考源模块。 && EMI滤波器含 9kHz/120kHz RBW 和 6-dB带宽。 && 300Hz/10kHz/100kHz RBW && 解调器 && GPIB界面电话: 0& 6& 传真：0手机：邮箱：QQ:MSN:abiao_SKYPE:abiaozou&&&销售、试用热线: 0& 6
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