頻譜分析儀的使用小技巧

來源：羅姆半導體社區(qū)

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?，F(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，具有存儲和運算功能；配置標準接口，就容易構(gòu)成自動測試系統(tǒng)。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，世界各國加速了對電子領(lǐng)域的研究，具體體現(xiàn)在競相提高通信、雷達、遙控、導航等無線電電子設(shè)備的威力和效能等方面。在這些方面，頻譜分析儀成為必不可少的信號分析手段。頻譜分析儀可以對信號的頻率、電平、頻譜純度及抗干擾特性進行分析，使其成為電子領(lǐng)域必不可少的測量工具。

通過闡述頻譜分析儀組成原理，分析頻譜分析儀參數(shù)的相關(guān)性及探討決定頻譜分析儀性能的諸多因素，從而避免頻譜分析儀在使用過程中由于操作不當導致的測試結(jié)果失真，保證測試結(jié)果的準確性和有效性，滿足實際應用需求。下面我們來介紹一些頻譜分析儀的使用技巧。

一、合理設(shè)置SPAN、RBW、VBW三大參數(shù)

頻譜分析儀的Frequency（中心頻率）、SPAN（掃寬）、Amplifier（參考電平）是實際工作中操作最為頻繁的3個設(shè)置參數(shù)，大部分數(shù)字頻譜儀面板都特別加大了這3項設(shè)置的按鈕，以方便操作。而SPAN（掃寬）、RBW（分辨率帶寬）、Amplifier（參考電平）是頻譜儀工作的最重要的3大參數(shù)。

很多新手喜歡一上來就設(shè)置很大的SPAN參數(shù)，這會導致頻譜儀自動調(diào)整使用較大的RBW數(shù)值，不利于觀察信號特性。使用過大的RBW會使信號顯示失真，另外當兩個頻率很相近的信號在大RBW分辨率下容易混淆在一起，無法區(qū)分。一般掃頻式數(shù)字頻譜儀的SPAN、RBW、SWEEP TIME（掃頻時間）三者在默認自動設(shè)置狀態(tài)下是相關(guān)聯(lián)動的，頻譜儀為了保持頻譜圖顯示的實時性，當SPAN增大時會自動提高RBW，以確保掃頻時間（SWEEP TIME）不至于太長。

如果用戶在SPAN很大的情況下，手動設(shè)置較小的RBW，那么頻譜儀將被迫出現(xiàn)較長的掃頻時間。實際操作中不適當?shù)脑O(shè)置可使頻譜的SWEEP TIME長達幾十秒甚至上百秒，理想狀態(tài)下一秒鐘刷新幾十次的頻譜圖，變成幾十秒才慢慢掃描出一幅頻譜圖，這時已經(jīng)基本失去了實用性。

另外，頻譜儀的RBW越大，底噪基線也會越高，會影響小信號的顯示。不要指望在很大的掃描頻率帶寬下兼顧精細的分辨率帶寬，除非你的頻譜儀超高級、超昂貴。一般的頻譜儀，尤其是入門級產(chǎn)品和老款產(chǎn)品，性能有限，需要恰當?shù)脑O(shè)置較窄的SPAN來保證較小RBW下頻譜圖的實時性。通常的經(jīng)驗是用寬SPAN、高RBW來發(fā)現(xiàn)信號，然后用窄SPAN、低RBW來針對性地精確展現(xiàn)和測量信號。

一般頻譜儀設(shè)置SPAN，對于窄帶信號，可以是信號自身帶寬的5～10倍，RBW設(shè)置為信號自身帶寬的1/3～1/20。對于寬帶信號，掃寬可以設(shè)置為信號帶寬的2～5倍，RBW設(shè)置為信號自身帶寬的1/10～1/20。對于需要在很寬頻段范圍內(nèi)搜索小信號，如果頻譜儀性能不夠，可以采用分段掃描的方式。對于需要特別關(guān)注的小信號，可設(shè)置較小的RBW，這時頻譜儀的底噪基線也會隨之降低，同時還可以適當設(shè)置VBW（視頻帶寬）和AVG（平均）的次數(shù)，使頻譜圖底噪平滑，減少擾動，有利于小信號尖峰的顯示。

頻譜分析儀的Frequency（中心頻率）、SPAN（掃寬）、Amplifier(參考電平)

現(xiàn)代很多入門級數(shù)字化頻譜儀都提供小至100Hz的RBW，但在如此精細的RBW下，掃描速度會很慢，不少產(chǎn)品只是為了獲得較好的產(chǎn)品指標而已，實用性有限，通常設(shè)定在1kHz以上的RBW才比較實用，實際上對于常規(guī)信號，1kHz、3kHz、5kHz、10kHz、30kHz、100kHz這幾擋RBW最為常用。VBW在測量上的意義不及RBW，但適當設(shè)置VBW可平滑頻譜底噪基線，減少擾動。通常設(shè)置RBW∶VBW=10∶1設(shè)置過高的RBW/VBW會影響頻譜儀掃描時間。為了減少頻譜底噪線擾動，除了優(yōu)化設(shè)置VBW外，還可以設(shè)置頻譜AVG平均次數(shù)，平均次數(shù)越大，底噪線擾動越小，不過這個設(shè)置不適用于抓瞬時信號。

外置衰減器

二、善用外置衰減器

頻譜分析儀的輸入端口只能輸入小信號，內(nèi)部衰減器也支持小功率信號，當實際需要測量高功率信號時，就需要外接外置獨立的大功率衰減器。需要注意的是，一般頻譜儀輸入端口處標記的最高輸入電平值（通常標+20～+30dBm）為損壞電平，而不是頻譜儀最高可以工作的輸入電平。實際測量中，一般頻譜儀輸入信號幅度建議不超過0dBm（即1mW）。輸入過高的信號電平容易引起頻譜儀信號處理電路的互調(diào)和失真，從而出現(xiàn)虛假信號，影響測量準確度。一般經(jīng)驗性的做法是，使用適當衰減量的衰減器，使高功率信號衰減至-20dBm以下信號輸入頻譜儀。大功率衰減器價格不菲，所以一般用戶配置都不會很全，通常會在20dB、30dB、40dB這幾個常用衰減量中配備一兩件。實際操作中若遇到外置衰減器衰減量不夠，在測量精度要求不是很高的情況下，可在大功率衰減器后串接小功率衰減器，總衰減量是串聯(lián)衰減器標稱值相加的總和。實際操作中若遇到外置衰減器衰減量過大，以至于影響對小信號的測定，我們可以嘗試手動關(guān)閉頻譜儀機內(nèi)的Attenuator（衰減器），以減少信號通路中的總衰減量。

頻譜儀機內(nèi)衰減器在默認狀態(tài)下是根據(jù)輸入端口電平和Amplifier參考電平設(shè)定自動調(diào)節(jié)的，為了保護機內(nèi)輸入端高放單元和提高信號傳輸匹配,通常最小狀態(tài)依然會保留5～10dB衰減量，在特殊需要情況下，我們可通過手動設(shè)置將其關(guān)閉。使用了外置衰減器會使輸入頻譜儀的信號等比減小，為了讀數(shù)方便，大部分數(shù)字頻譜儀都可以設(shè)置外置衰減器的衰減量，這樣在顯示幅度測量數(shù)值時會進行自動折算修正，無需人為換算，方便讀數(shù)。

三、電平刻度的轉(zhuǎn)換和阻抗匹配問題

通常，頻譜儀的顯示刻度單位是dBm，而在場強測量和有關(guān)電波傳播問題討論中，習慣采用dBμv/m為單位，因此首先就有一個單位轉(zhuǎn)換問題。實際上場強測量就是標準天線端感應電壓的測量，因此只要將頻譜儀的讀數(shù)換算成電壓單位，加上天線的天線系數(shù)即可求得待測場強。頻譜儀的單位換算系數(shù)隨其輸入阻抗的不同而不同，對于502系統(tǒng)，VdBuV=PdBm+107dB而對于752系統(tǒng)，則VdBuV = PdBm+ 108.8dB

現(xiàn)代頻譜儀多采用微機處理，顯示刻度可以自動轉(zhuǎn)換。在實際測量中要特別注意天線阻抗與測試系統(tǒng)的匹配問題，避免產(chǎn)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(lián)接的不是匹配天線，則要對所用天線的天線系數(shù)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。

審核編輯黃昊宇