頻譜分析儀原理及應(yīng)用

本章除了說明頻譜分析儀工作原理、操作使用說明之外，也將其應(yīng)用領(lǐng)域范圍作詳細的介紹，尤其應(yīng)用于天線特性的量測技術(shù)將有完整說明。本章的內(nèi)容包括：1-1 概論
1-2 頻譜分析儀的工作原理 1-3 頻譜分析儀的應(yīng)用領(lǐng)域

就量測信號的技術(shù)觀之，時域方面，示波器為一項極為重要且有效的
量測儀器，它能直接顯示信號波幅、頻率、周期、波形與相位之響應(yīng)變化，
目前，一般的示波器至少為雙軌跡輸出顯示裝置，同時也具有與繪圖儀連
接的IEEE-488、IEEE-1394 或RS-232 接口功能，能將屏幕上量測顯示的
信息繪出，作為研究比較的依據(jù)，但它僅局限于低頻的信號，高頻信號則
有其實際的困難。頻譜分析儀乃能彌補此項缺失，同時將一含有許多頻率
的信號用頻域方式來呈現(xiàn)，以識別在各個頻率的功率裝置，以顯示信號在
頻域里的特性。圖1.1 說明方波在時域與頻域的關(guān)系，此立體坐標軸分別
代表時間、頻率與振幅。由傅立葉級數(shù)(Fourier Series)可知方波包含有
基本波(Fundamental Wave)及若干諧波(Harmonics)，信號的組合成份由此立體坐標中對應(yīng)顯示出來。
低頻時，雙軌跡模擬與數(shù)字示波器為目前信號時域的主要量測設(shè)備，
模擬示波器可量測的輸入信號頻率可達100 MHz，數(shù)字示波器有100 MHz
與400（或500） MHz 等多種。屏幕上顯示信號的意義為橫軸代表時間，
縱軸代表信號電壓的振幅，用示波器量測可得到信號時間的相位及信號與
時間的關(guān)系，但無法獲知信號失真的數(shù)據(jù)，亦即無法獲知信號諧波分量的
分布情況，同時量測微波領(lǐng)域(如UHF 以上的頻帶)信號時，基于設(shè)備電子
組件功能的限制、輸入端雜散電容等因素，量測的結(jié)果無可避免地將產(chǎn)生
信號失真及衰減，為解決量測高頻信號上述的問題，頻譜分析儀為一適當(dāng)
而必備的量測儀器，頻譜分析儀的主要功能是量測信號的頻率響應(yīng)，橫軸
代表頻率，縱軸代表信號功率或電壓的數(shù)值，可用線性或?qū)?shù)刻度顯示量
測的結(jié)果。另外它的信號追蹤產(chǎn)生器 (Tracking Generator)可直接量測
待測件(DUT；Device Under Test)的頻率響應(yīng)特性，但它只能量測振幅無
法量測相位。就高頻信號領(lǐng)域觀之，頻譜分析儀是電子工程技術(shù)人員不可
或缺的設(shè)備，對頻譜分析儀工作原理的了解將有助于信號量測系統(tǒng)的建立
及充分擴展其應(yīng)用范疇。頻譜分析儀的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，諸如衛(wèi)星接收
系統(tǒng)、無線電通信系統(tǒng)、行動電話系統(tǒng)基地臺輻射場強的量測、電磁干擾
等高頻信號的偵測與分析，同時也是研究信號成份、信號失真度、信號衰
減量、電子組件增益等特性的主要儀器。