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頻譜分析儀的工作原理
頻譜分析儀架構猶如時域用途的示波器，面板上布建許多功能控制按鍵，作為系統功能之調整與控制，實時頻譜分析儀（Real-Time Spectrum Analyzer）與掃瞄調諧頻譜分析儀（Sweep-Tuned Spectrum Analyzer）。實時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的濾波器與檢知器（Detector），再經由同步的多任務掃瞄器將信號傳送到CRT 屏幕上，其優點是能顯示周期性雜散波（PeriodicRandom Waves）的瞬間反應，其缺點是價昂且性能受限于頻寬范圍、濾波器的數目與的多任務交換時間（Switching Time）。
常用的頻譜分析儀是掃瞄調諧頻譜分析儀，可調變的本地振蕩器經與CRT 同步的掃瞄產生器產生隨時間作線性變化的振蕩頻率，經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關系，信號流程架構如圖1.3 所示。
影響信號反應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常見到的解析頻寬（RBW，Resolution Bandwidth）。RBW 代表兩個不同頻率的信號能夠被清楚的分辨出來的頻寬差異，兩個不同頻率的信號頻寬如低于頻譜分析儀的RBW，此時該兩信號將重疊，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，導致信號顯示時產生失真，失真值與設定的RBW 密切相關，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，對于偵測低強度的信號易產生阻礙，因此適當的RBW 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，視頻頻寬過與不及均非適宜，都將造成量測的困擾，如何調整必須加以了解。通常RBW 的頻寬大于等于VBW，調整RBW 而信號振幅并無產生明顯的變化，此時之RBW 頻寬即可加以采用。量測RF 視頻載波時，信號經設備內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間，而RBW 的寬度與掃描時間呈互動關系，RBW 較大，掃描時間也較快，反之亦然，RBW 適當寬度的選擇因而顯現其重要性。較寬的RBW 較能充分地反應輸入信號的波形與振幅，但較低的RBW 將能區別不同頻率的信號。例如使用于6MHz 頻寬視訊頻道的量測，經驗得知，RBW 為300kHz 與3MHz 時，載波振幅峰值并不產生顯著變化，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，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。這些的量測參數并非一成不變，將會依現場狀況及過去量測的經驗加以調整。

基于快速傅里葉變換(FFT）的現代頻譜分析儀，通過傅里葉運算將被測信號分解成分立的頻率分量，達到與傳統頻譜分析儀同樣的結果。這種新型的頻譜分析儀采用數字方法直接由模擬/數字轉換器（ADC）對輸入信號取樣,再經FFT處理后獲得頻譜分布圖。
在這種頻譜分析儀中，為獲得良好的儀器線性度和高分辨率，對信號進行數據采集時 ADC的取樣率少等于輸入信號頻率的兩倍，亦即頻率上限是100MHz的實時頻譜分析儀需要ADC有200MS/S的取樣率。
半導體工藝水平可制成分辨率8位和取樣率4GS/S的ADC或者分辨率12位和取樣率800MS/S的ADC，亦即，原理上儀器可達到2GHz的帶寬，為了擴展頻率上限，可在ADC前端增加下變頻器，本振采用數字調諧振蕩器。這種混合式的頻譜分析儀可擴展到幾GHz以下的頻段使用。
FFT的性能用取樣點數和取樣率來表征，例如用100KS/S的取樣率對輸入信號取樣1024點，則輸入頻率是50KHz和分辨率是50Hz。如果取樣點數為2048點，則分辨率提高到25Hz。由此可知，輸人頻率取決于取樣率，分辨率取決于取樣點數。FFT運算時間與取樣，點數成對數關系，頻譜分析儀需要高頻率、高分辨率和高速運算時，要選用高速的FFT硬件，或者相應的數字信號處理器(DSP）芯片。例如，10MHz輸入頻率的1024點的運算時間80μs，而10KHz的1024點的運算時間變為ms,1KHz的1024點的運算時間增加至640ms。當運算時間超過200ms時，屏幕的反應變慢，不適于眼睛的觀察，補救辦法是減少取樣點數，使運算時間降低至200ms以下。

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代通信和微波領域的多用途儀器。頻譜分析實質上是考察給定信號源，天線，或信號分配系統的幅度與頻率的關系，這種分析能給出有關信號的重要信息，如穩定度，失真，幅度以及調制的類型和質量。利用這些信息，可以進行電路或系統的調試，以提率或驗證在所需要的信息發射和不需要的信號發射方面是否符合不斷涌現的各種規章條例。
現代頻譜分析儀已經得到許多綜合利用，從研究開發到生產制造，到現場維護。新型頻譜分析儀已經改名叫信號分析儀，已經成為具有重要價值的實驗室儀器，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節已受到的高度重視。在制造領域，測量速度結合通過計算機來存取數據的能力，可以快速，和重復地完成一些極其復雜的測量。
有兩種技術方法可完成信號頻域測量（統稱為頻譜分析）。
1．FFT分析儀用數值計算的方法處理一定時間周期的信號，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，它使用數字信號處理來實現多個立濾波器相當的功能。從概念上講，FFT方法是簡單明確的：對信號進行數字化，再計算頻譜。實際上，為了使測量具有意義，還需要考慮很多因素。
FFT的實質是基帶變換，換句話說，FFT的頻率范圍總是從0Hz開始并延伸到某個頻率處。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重大限制。例如，FFT分析儀具有取樣頻率，FFT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間記錄中的取樣點數N，這也FFT輸出的節點數。不過，問題在于，這會增加FFT所要處理的數組長度，從而增加計算時間。FFT算法的計算時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字下變頻器，對于帶限信號，進行數字下變頻，這樣等效降低了采樣速率，可以提高頻率分辨力。ADC的輸出與數字正弦波相乘，借助數字混頻使數字正弦波的頻率降低。

使用頻譜分析儀測量場強的方法：是一種應用廣泛的信號。它可用來測量信號的頻率、電平、波形失真、噪聲電平、頻譜特性等，加上標準天線還可用來測量場強。
它的主要特點是：能寬頻帶連續掃描，并將測得的信號在CRT屏上直觀地顯示出來。在整個頻段內，電平顯示范圍大于70dB，在無線電電波測量中可以很方便地看出頻譜占用和信號活動情況，所以在很多場合，頻譜儀正在替代場強儀成為電波測量中一種新的被廣泛應用的儀器。但必竟二者設計上有差異，因此使用側重面應有所有同，否則將會帶來很大的測量誤差。現代多采用微機處理，顯示刻度可以自動轉換。在實際測量中要特別注意天線阻抗與測試系統的匹配問題，避免產生失配誤差。由于頻譜儀在使用中是進行寬帶掃描，所以所用天線要求也都是寬帶天線，而寬帶天線的VSWR一般都較大，如果與頻譜儀聯接的不是匹配天線，則要對所用天線的天線系數重新校對。在實際測量中，輸入衰減器不宜放在0dB的位置，如果衰減器置0，輸入信號直接接到混頻器上，則阻抗特性變差，造成較大的失配誤差。
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