上海千实精密机电科技有限公司：频谱分析仪的种类

公司简介：

标准集团（香港）有限公司作为一家集研发、制造、销售、培训、服务于一体的现代技术企业，分公司是上海泛标纺织品检测技术有限公司，负责销售业务，生产工厂是上海千实精密机电科技有戏公司，负责产品加工生产售后，致力于将更多检测仪器输送市场，提供纺织类、皮革类、燃烧类、汽车内外饰件、材料环境气候老化等等物理性能检测仪器，更可接受非标定制，购买前均可按照客户的要求进行针对性试验，确保所购仪器适用。

频谱分析仪主要用于显示频域输入信号的频谱特性，因此对于信号分析而言是不可缺少的量测仪器。频谱分析仪是透过频域对信号进行分析、研究，并同时应用于更多不同领域，例如无线讯号收发器、信号干扰的检测、频谱监测、以及元件特性分析等，是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具，特别针对无线通讯信号的测量更是必要工具，其应用十分广泛，因此也有工程师将之称为射频量测的万用电表。

其主要功能包括：频率设置、基准电平设置、跟踪发生器设置、跟踪控制设置、利用标记功能测量回波损耗，以及频宽、扫描时间及触发控制设置等功能。

针对时域方面的信号量测，示波器是一项非常重要且很有效率的量测仪器，它能直接显示信号波幅、频率、周期、波形与相位等之响应变化。一般来说，示波器都必须具备双轨迹输出显示装置，同时内建有IEEE-488、IEEE-1394或RS-232等介面功能以便与绘图仪器连结，而利于后续量测显示资讯输出与绘图的研究比较之用。只是示波器缺点在于只侷限于低频信号，对于高频信号的分析便成为一大挑战。

频谱分析仪的优势，正是在于弥补示波器针对高频信号分析的不足，并可同时将多频信号以频域的方式来呈现，以方便辨识各不同频率的功率装置，并显示信号在频域里的特性。

频谱分析仪种类介绍

在通信上，量测频率中有一项工作室检测信号在频域的情况。而频谱分析仪就是为了这个目的而研发出来的仪器，并且被广泛使用在测量通信的参数，如averagenoiselevel、dynamicrange、frequencyrange或是其它。除此之外，还可以利用在时域的量测，像是测量传输输出功率等项目。

依功能来区分，可以将频谱分析仪想成：计频器+功率计。因为计频器只能量测讯号的频率，而功率计只能量测讯号的功率，若两者要同时得到，频谱分析仪就可以达到此目地。

如果要完全地分析且清楚一个信号的特性，除了使用示波器从时域去观察信号外，还需要从频率的角度去分析信号。只用示波器来观察信号并不能看出信号全部真正的面貌，只能看到组成之后的波形；例如方波，它其实是经过许多信号的累积而形成的一种信号。

时域与频域的差异

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1说明了时域与频域上的差别。

频谱分析仪的种类

频谱分析仪一般而言分成两种类型，RealTime频谱分析仪（SA）与SweepTuned频谱分析仪两种类型。

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频宽范围中，而信号一经输入之后没有Delay就能马上表示出来，如图2所示，为实时性频谱分析仪的架构。

实时性频谱分析仪的好处即是可以立即的将信号滤出来，而且Filter的频宽可以依照不同的span来作调整与改变，不过这类型的频谱仪，zui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，且频宽都不会很高，一般而言约10MHz-30MHz左右。

实时性频谱分析仪的架构

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。

（A）RF调谐方式

图3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（TunableFilter），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。

图3RF调谐方式的频谱分析仪架构

（B）超外差式频谱分析仪

由于调谐式的频谱分析仪的灵敏度与准确性不高，所以目前使用zui广的频谱分析仪是超外差式的频谱分析仪，如图4。此种方式乃将输入滤波器的带通固定，使用一个频率可变的本地振荡器，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4中每一个单元作简单的介绍：

超外差式频谱分析仪架构

衰减器因为混波器的RF输入zui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。

混波器（Mixer）：RF信号与本地振荡器（LO）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：

从（1）式来看，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，其输入信号之频率必须比高，所以此种信号比振荡频率高的射频就会被排除在外。故zui后只有第（2）式中所产生之中频才为政确之中频信号。

解析频宽滤波器：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频宽的RBW滤波器。由图5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。

工厂简介：

上海千实精密机电科技有限公司成立于2012年，专注于研发、设计及生产纺织测试仪器，为学术研究单位及检测机构提供纺织测试仪器和服务，上海千实是目前国内较有竞争力和研发实力的纺织检测仪器厂家之一，研发团队由一群经验丰富的工程师组成，我们本着全心全意为客户服务，努力推动纺织检测仪器技术革新而努力。