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頻譜分析儀的系統(tǒng)特性與操作原理

頻譜分析儀簡介

隨著通訊應(yīng)用科技的進(jìn)展神速,，從二次大戰(zhàn)后之傳統(tǒng)軍事專屬的通訊科技一直到今天普遍影響我們生活的行動通訊科技,，其背后的科學(xué)原理與理論基礎(chǔ)之驗證與實現(xiàn),，無不需要依賴對無線射頻訊號的量測,，才能完成各式各樣之通訊系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù),，本應(yīng)用技術(shù)文摘的目的在于供作頻譜分析儀的系統(tǒng)特性與操作原理上之技術(shù)入門書，希望對于產(chǎn)業(yè)界,、教育學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu),、基礎(chǔ)科研單位與維修服務(wù)中心等，在各式各樣的主流應(yīng)用領(lǐng)域上提出應(yīng)用技術(shù)重要的量測特性與操作原理,，俾利于各種基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用人員在追求科技新知,、推進(jìn)科技研發(fā)與促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面能夠更上一層樓。而本文將從幫助初學(xué)者了解頻譜分析儀的出發(fā)點,，學(xué)習(xí)者進(jìn)入知識的殿堂,，藉由闡述頻譜分析的重要性與頻譜分析儀的基本架構(gòu)，讓有志于培養(yǎng)此一應(yīng)用技術(shù)之興趣與技能者有zui多的體會與啟發(fā),，zui后則由頻譜分析儀在量測上的主要參數(shù)分析,、常用配件的搭配說明、操作性能的解說來刻劃出其在各種量測應(yīng)用上的特色與優(yōu)點,。

一,、頻譜分析的原理

在了解頻譜分析儀的工作原理之前有必要先對頻譜的概念作一番體會，才有助于實際上的量測操作,，因此必須了解何謂頻譜（Spectrum）和為何要進(jìn)行頻譜分析（Spectrum analysis）,。頻譜的概念充斥在我們的生活周遭，各種具有不同頻率的訊號往往是以機(jī)率分配的方式存在著,，在一般的時域分析（Time-domain analysis）中,，可以很容易從時間軸上觀察到任何訊號波形變化的事件，只要用示波器的量測就能看出任何具有時間函數(shù)之電子訊號事件的瞬間物理量,。關(guān)于頻譜分析儀的發(fā)展起源,，是在早期的通信系統(tǒng)上頻率量測中，為了實現(xiàn)以頻率為基準(zhǔn)點，在頻域上檢測信號而研發(fā)出來的儀器,，并且被廣泛地使用在測量通信系統(tǒng)的各種重要參數(shù),，如平均噪聲位準(zhǔn) （Average noise level）,、動態(tài)范圍（Dynamic range）,、頻率范圍（Frequency range）等等,。除此之外,，還可以用在時域的量測,，如測量傳輸輸出功率等項目,?；旧弦拦δ苊鎭砜?，一般的計頻器只能量測訊號的頻率,，功率計只能量測訊號的功率,，而可以將頻譜分析儀視為兼具計頻器與功率計兩種功能的量測儀器。

如果要*地分析且厘清一個信號的特性,，除了使用示波器從時域 （Time domain）去觀察信號外,，還需要從頻率的角度（簡稱頻域：Frequency domain）去分析信號。通常用示波器來觀察信號并不能看出一窺信號的全貌,，只能看到組成之后的波形,；例如方波事實上是經(jīng)過許多信號的累積而形成的一種信號。偉大的法國數(shù)學(xué)家傅立葉（Jean-Baptiste-Joseph Fourier）則告訴我們,，任何時域上的電子訊號現(xiàn)象必然是由多組具有適當(dāng)之頻率,、振幅與相位的弦波訊號（Sine wave）所組成。因此,，理論上任何具有有適當(dāng)濾波功能的電子系統(tǒng)必可將訊號波形分解為多個分別不同的弦波或頻率組成,，以利于個別分析。其中,，這些個別不同的弦波則由其所具有的振幅與相位來決定其訊號特性,。換言之，藉由這種組成分析即可將弦波訊號由時域轉(zhuǎn)換至頻域,。對無線射頻與微波訊號而言,，在不加入分析的要素時，保留相位信息往往只會使轉(zhuǎn)換過程變得更為復(fù)雜,，因此我們必須設(shè)法隔離相位信息,。當(dāng)我們在分析周期性訊號時，透過傅立葉在理論上的詮釋讓我們可以體會到,，在頻域中個別組成的弦波之間的距離單位為頻率f或1/T,，而T即為弦波訊號的周期。

了適當(dāng)?shù)赜蓵r域轉(zhuǎn)換至頻域而必須對訊號進(jìn)行連續(xù)性的計算,，一般我們所進(jìn)行的訊號觀察活動只是以在一小段時間范圍內(nèi)的特性來概括其全貌,。運用傅立葉變換就能夠從頻域的訊號觀點轉(zhuǎn)換到時域的空間進(jìn)行思考，而要利用這樣的架構(gòu)則須計算出沿著頻率軸所有范圍的頻譜成分及其個別成分之相位。例如,，將一個時域中的方波轉(zhuǎn)換到頻域后再反轉(zhuǎn)換回時域時往往會因為相位參數(shù)未加以保留而會產(chǎn)生鋸齒波的失真現(xiàn)象,。

在此段落所闡述之頻譜的真諦為時域中任意訊號必為一群弦波訊號的線性組合訊號或合成訊號，如圖二所示,，在頻譜的頻域象限中所呈現(xiàn)的所有弦波訊號特性圖可用振幅與頻率來加以表達(dá),，而所有非純弦波波形的訊號則是包含了二次諧波（Second Harmonic）之類的組成訊號。值得關(guān)注的議題是有了頻譜分析是否就可以*取代時域分析,？似乎不盡然,，時域分析在大多數(shù)訊號量測重要性仍占有一席之地，因為時域分析的方法提供了針對訊號的脈波上升與下降時間,、訊號過沖與振蕩現(xiàn)象等,，亦即頻譜組成分析與時域分析是相輔相成的訊號分析方法。

在射頻電路中可能會有放大器（Amplifier）,、振蕩器（Oscillator）,、混頻器（Mixer）、濾波器（Filter）等電路組件,，單純只用示波器來觀察的話,，根本無法察覺該組件在電路中的變化，這時候就必須使用頻譜分析儀,，分析其頻率響應(yīng)來說明電路的特性。圖二說明了時域與頻域上的差別,。

為何要量測頻譜,？

由于在頻域中也有其所對應(yīng)的訊號強度可供量測，故頻域分析法是找出待測訊號各個諧波成分的*解決方案,，尤其是對通訊工程人員所zui關(guān)注的諧波失真分析有其重要性,，例如在無線系統(tǒng)中的載波訊號上，必須經(jīng)常加以檢查是否有來自于其他系統(tǒng)之間的諧波干擾所造成的訊號失真程度而影響到通話質(zhì)量,？除此之外,，通訊工程人員也關(guān)心載波訊號上的調(diào)變訊號失真程度，例如交互調(diào)變現(xiàn)象即是一種特別復(fù)雜的問題,，因為其所產(chǎn)生的失真成分往往落在所攸關(guān)的頻帶中且難以加以濾除,。

頻譜的占據(jù)率也是一種在頻域分析上的重要量測，為了防范鄰近頻率的訊號干擾而針對調(diào)變訊號所進(jìn)行的展頻動作往往是基于有效規(guī)范各種發(fā)射頻譜之帶寬的考慮,。電磁干擾本身即是一種頻譜的占據(jù)現(xiàn)象,，由于今天在各式各樣的資通電子產(chǎn)品的普遍使用下，已造成了各種不需要電磁訊號*的電磁污染源,，無論是輻射式或傳導(dǎo)式電磁干擾,，無一不會造成其他電子系統(tǒng)在操作運轉(zhuǎn)上的損害，因此當(dāng)前所有電子或電器產(chǎn)品的制造廠商，皆必須依據(jù)電子電器商品的相關(guān)法令規(guī)范來進(jìn)行必要的電磁輻射測試,，才能順利推展產(chǎn)品上市的計劃,。

二、頻譜分析儀的種類

頻譜分析儀一般而言分成兩種類型,，Real Time頻譜分析儀（SA）與Sweep Tuned頻譜分析儀兩種類型,。

Real Time頻譜分析儀（SA） 

這類型的 SA 稱為實時性頻譜分析儀，顧名思義是能立即把信號濾出來,，所以它使用了許多平行架構(gòu)的濾波器來分布在所有的帶寬范圍中,，而信號一經(jīng)輸入之后沒有 Delay 就能馬上表示出來，如圖三所示,，為實時性頻譜分析儀的架構(gòu),。

實時性頻譜分析儀的好處即是可以立即的將信號濾出來，而且 Filter的帶寬可以依照不同的 span來作調(diào)整與改變,，不過這類型的頻譜儀,，zui大的問題在于因為它使用大量的濾波器來作實時處理，所以價格非常昂貴,，且?guī)挾疾粫芨?，一般而言約 10MHz-30MHz 左右。

Sweep Tuned頻譜分析儀

在這類型的頻譜分析儀當(dāng)中,，又可區(qū)分為兩大類,，RF調(diào)諧方式、超外差掃描方式,。

RF調(diào)諧方式

圖四所示的為 RF 調(diào)諧方式架構(gòu)而成的頻譜分析儀方塊圖,，它是使用一個帶通可調(diào)的濾波器（Tunable Filter），由一掃描儀來調(diào)變期帶通寬度,，進(jìn)而使得相關(guān)的頻率信號通過并加至垂直偏向版（即 CRT 中的橫軸）,，而CRT 中的水平軸受掃描儀頻率同步的控制，使不同的頻

率信號在水平軸上分別對應(yīng)地呈現(xiàn),。

    使用此種方式構(gòu)成的頻譜分析儀較為簡單,，能包含較廣的頻率范圍且價格便宜，但是靈敏度與頻率特性等效能較差,，且濾波器的帶寬固定,，即頻率的分辨率無法改變。由于此種調(diào)諧型的頻譜分析儀較為經(jīng)濟(jì)以及所能測量的頻率范圍較廣,，故早期的微波頻帶的頻譜分析常常使用這一方式,；但是較可惜的，因為此種方式是以掃瞄器來調(diào)變?yōu)V波器的帶通,，故掃描儀的掃描速度不能太快,，通常在數(shù)個 MHz/s 左右,，當(dāng)掃描超出這個比值，濾波器對于信號的響應(yīng)尚未達(dá)到 100%時,，濾波器的帶通范圍已經(jīng)改變,，所以所測出的值往往會較小于原來的信號而不準(zhǔn)確。

超外差式頻譜分析儀

由于調(diào)諧式的頻譜分析儀的靈敏度與準(zhǔn)確性不高,，所以目前使用zui廣的頻譜分析儀是超外差式的頻譜分析儀,，如圖五。此種方式乃將輸入濾波器的帶通固定,，使用一個頻率可變的本地振蕩器（Local Oscillator）,，使之產(chǎn)生隨著時間而作線性變化的振蕩頻率。將此可變的振蕩頻率與輸入信號在混波器（Mixer）混合后,，產(chǎn)生一中頻,。此中頻成為接收機(jī)的輸出，加至屏幕的垂直偏向版（橫軸）,，且巨齒波電壓亦同時加至水平偏向板（縱軸）,，結(jié)果在屏幕上顯示出的信號為頻率與振幅的對應(yīng)關(guān)系。現(xiàn)在就根據(jù)圖五中每一個單元作簡單的介紹：

衰減器（Input Attenuator）  因為混波器的RF輸入zui大線性范圍有限,，這對一般的量測是不夠用的,，因此必須將過大的信號預(yù)先衰減到混波器的RF輸入線性范圍。經(jīng)過混波器之后,，在利用放大器將之還原,。但這種架構(gòu)會造成頻譜分析儀上的顯示噪聲位準(zhǔn)，隨著衰減器的值而起伏,。

混波器（Mixer） RF信號與本地振蕩器（LO）信號經(jīng)過混波器之后,，會產(chǎn)生許多兩者之間頻率倍數(shù)相加減的信號。而當(dāng)輸入信號與本地振蕩器經(jīng)過混頻之后,，會產(chǎn)生三種中頻的可能（或者更多），可用以下公式來求出所要的正確中頻信號：

 從（1）式來看,， f _IF 所產(chǎn)生的中頻頻率遠(yuǎn)高過頻譜分析儀內(nèi)中頻濾波器的協(xié)振  頻率,，故不能為此儀器所接受。而（3）式所產(chǎn)生之中頻,，其輸入信號之頻率 f _RF 必須 比 f _LO 高,，所以此種 f _RF 信號比振蕩頻率 f _LO 高的射頻就會被排除在外。故zui后只有第（2）式中所產(chǎn)生之中頻才為政確之中頻信號,。

解析帶寬（Resolution Bandwidth, RBW）濾波器 RBW濾波器也稱中頻濾波器,，他的作用是將RF頻率與本地振蕩頻率相檢的信號，也就是所謂的IF信號,，由混波器產(chǎn)生的眾多頻率中過濾出來,。使用者可藉由頻譜分析一面板上的RBW控制鈕選擇不同的3dB帶寬的RBW濾波器,。由圖六中可看出，RBW設(shè)的愈窄,，所觀察到的頻率分布就越細(xì)微,，也降低了噪聲位準(zhǔn)。

電壓控制振蕩器（VCO） 頻譜分析儀上VCO的頻率,，必須由高于zui高輸入頻率延伸到至少zui高輸入頻率兩倍的頻率以上,。對工作在1GHz以上的頻譜分析儀而言，這就代表著振蕩器至少要由1GHz到3GHz,。在實際的設(shè)計中,，大多數(shù)為2GHz到3.5GHz左右。這種頻率范圍通常需要具有調(diào)諧電路的振蕩器,，而非低頻振蕩器中典型的線圈與電容,。

檢波器（Detector）  我們?nèi)糁苯訉⒅蓄l信號輸出到屏幕上，會造成一團(tuán)雜波,。所以必須透過檢波器,，將中頻的AC信號振幅轉(zhuǎn)換為直流偏壓，再輸出到屏幕行程相對的傳值偏向,，已呈現(xiàn)各個頻率的大小?，F(xiàn)行的頻譜分析儀，大多以數(shù)字取樣的方式,，將波型呈現(xiàn)在屏幕上,。

視訊帶寬（Video Bandwidth, VBW） 中頻振幅的直流偏壓送到屏幕之前，還要經(jīng)過視訊濾波器,。它是一個低通濾波器,，可將屏幕的垂直偏壓變化變的比較平緩。

    一般來說,，超外差式的頻譜分析儀混頻之后因為中頻放大的緣故,，可以得到較大的靈敏度，且改變中頻濾波器的頻帶寬度,，能夠很容易的改變頻率的分辨率,。但由于超外差式的頻譜分析儀是在頻袋內(nèi)掃描的緣故，因此無法得到實時性（Real Time）的分析（瞬間分析全部頻

譜）,，除非要使掃描時間趨近于零,。況且，若使用比中頻濾波器的時間常數(shù)小的掃描時間來掃描的話,，則無法得到信號的正確振幅（即功率）,，因此想要提高頻譜分析儀的頻率分辨率，且要得到的響應(yīng),，掃描的速度要調(diào)整的很適當(dāng),。由上面的理由可以得之,，在超外差的頻譜分析儀中，較無法分析瞬時信號（Transient Signal）或單一脈沖信號（Impulse）,，而主要應(yīng)用在測試周期性訊號或者其他離散訊號,。

三、頻譜分析儀的操作特性

頻率分辨率與頻帶寬度（Frequency Resolution and Bandwidth）

頻率分辨率乃是頻譜分析儀對于一些頻率相隔很近之信號區(qū)分的能力）,。有兩個因素來決定此分辨率：中頻放大器的頻帶寬度或選擇性（Selectivity）,；另一個為頻譜分析儀本身的頻率穩(wěn)定度（Stability），此穩(wěn)定度決定于頻率漂移（Drift）,、殘余的FM信號（Residual FM）,，以及本地振蕩器上面的噪聲大小。

掃描之靈敏度衰減（Sweep Desensitization）

掃描靈敏度的衰檢乃是因為頻譜分析儀的掃描速度太快所致,。他將會造成對振幅,、選擇性與分辨率上面的損失但是他仍可以加以改善。當(dāng)掃描信號被維持在中頻濾波器的頻帶寬度而有足夠長的時間允許信號的幅度在濾波器中建立一個適當(dāng)值,，則有一簡單的規(guī)則就可以避免掃描靈敏度的衰減,，即掃描的速度（Hz/s）不可超過中頻濾波器3dB帶寬的平方。

靈敏度（Sensitivity）

    衡量zui微弱信號檢出的能力稱為靈敏度,。而zui大靈敏度是由頻譜分析儀內(nèi)所發(fā)生的噪聲來決定,。通常內(nèi)部的噪聲分成兩種，熱噪聲與其他噪聲,。熱噪聲的電功率為：

 由此可知噪聲大小直接與頻帶寬度成比例,，因此，頻譜分析儀的分析能力,，當(dāng)頻帶寬度下降1/10時,，噪聲水平（Noise Floor）會減少10dB，靈敏度也就改善10dB,。

四,、頻譜分析儀主要的設(shè)定參數(shù)

    頻譜分析儀通常提供下列幾個基本設(shè)定的參數(shù)，如圖七所示,。

（A） 頻率顯示的范圍：顯示頻率的范圍可以經(jīng)由設(shè)定開始頻率和截止頻率（也就是頻率的zui大值與zui小值）,，或者也可以設(shè)定想要的中心頻率再設(shè)定所要展開的帶寬。

（B） 位準(zhǔn)顯示范圍：設(shè)定此范圍有助于zui大位準(zhǔn)的顯示與間距,，以圖 1-6為例，參考位準(zhǔn)設(shè)為-20dBm而總范圍為 80dBm（一格 10dB）,。

（C） 頻率的分辨率：當(dāng)頻譜分析儀以外差式原理來操作的話,，頻率的分辨率是由 IF Filter的帶寬來設(shè)定的，也就是上面所提到的RBW,。

（D） 掃描時間（Sweep Time）：這主要針對以外差式的頻譜分析儀來設(shè)定,。這是指紀(jì)錄我們所要全部頻率范圍所需的時間,，稱為Sweep Time。如果我們希望得到較小的解析帶寬,，則所花的Sweep Time就會變長,。

五、常用的頻譜分析儀配件介紹

    一臺頻譜分析儀,，如果沒有適當(dāng)?shù)呐浼蛘哌B接線材等外圍產(chǎn)品來輔助,，其實是無法發(fā)揮其功用的，就像是一臺計算機(jī)只有主機(jī)而無其他如屏幕,、鍵盤,、鼠標(biāo)等外圍一樣的意思。在這邊介紹幾種常用的頻譜分析儀配件,，提供給學(xué)員認(rèn)識,，也讓學(xué)員認(rèn)知該怎樣去選擇需要的配備來將儀器發(fā)揮到zui大效用。

接頭介紹

    在一臺頻譜分析儀上,，在RF輸出端通常會有兩種不同的接頭,，BNC頭跟N-Type頭兩種，如圖八所示,；對于一個測試系統(tǒng)來說,，BNC接頭的頻譜分析儀通常能測試的范圍比較小，且透過BNC所測試出來高頻的部分較容易產(chǎn)生誤差,，所以在現(xiàn)今的高頻測試儀器,，幾乎都是使用 N-Type的接頭為主。

 而在測試系統(tǒng)中,，就有各類型的接頭來做測試,。常見的接頭除了 N Type、BNC接頭外,，另外還有zui常見的SMA接頭,、F接頭等常見的接頭，如圖九所示,。SMA接頭常用在高頻測試或者電路板連接的部分,，在本教材的模板上，其測試接頭也都是以 SMA接頭為主,；F接頭較常使用在有線電視系統(tǒng)中,，或者在 AV 信號中也時常看見它的影子,。其他還有像是 TNC 接頭,、M 接頭、UHF接頭等這類型的接頭,，較常在無線電系統(tǒng)中被使用,；這些類型的接頭雖然在 RF 通訊系統(tǒng)中并不會時常用到,，但是在測量某些特殊規(guī)格或者測試過程還是有可能會使用到。

線材介紹

    當(dāng)儀器有適合的接頭可以做連接后,，接下來要選定的就是適合的線材了,，通常線材的分類是以訊號衰減量、阻抗值,、導(dǎo)體材料等單位來作區(qū)分,；常見的RF線材 有幾個型號，RG223,、RG316等這類型的線材較常使用在高頻通訊上,；RG58、RG59等這類型線材較常用在低頻測試上,。在本課程的實驗中,，在RF部分的量測常見的是以RG316線材來作測試線材。如圖十所示為常用的測試線材,。

六,、頻譜分析儀的應(yīng)用

    頻譜分析儀的應(yīng)用非常的廣，依照不同的待測物,、不同的信號即可變化出各式各樣的測試方式,，在此提出幾個較常見的測試方式。

傅立葉分析驗證

    傅立葉變換（Fourier Transform）是一種目*分重要而且廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的數(shù)字訊號分析技術(shù),，當(dāng)儀器測量所得的訊號為時間-振幅的數(shù)據(jù)時,，可以使用傅立葉變換將此一訊號轉(zhuǎn)換為頻率-振幅，從而進(jìn)行此一訊號的頻率特性的分析,。

傅立葉積分的定義為：

 式中：  a ₀,、 a _n 、 b _n 為傅立葉系數(shù),；  T₀ 為周期,，也就是信號基頻成分的周期；ω₀ /2π/T₀ =  為信號的基頻,，  nω₀為n次諧波,。

 而正弦波、方波,、三角波等的頻譜如圖十一所示,，使用信號源輸入到頻譜分析儀中即可驗證各波型的頻譜變化：

諧波量測

    任何的信號都會有所謂的諧波效應(yīng)，比較不同的是電路的設(shè)計將諧波效應(yīng)抑制下來,，例如使用一臺信號源送入100MHz訊號,，在其N倍頻下通常能看到其諧波的信號，如圖十二所示。

通訊監(jiān)測與頻段測試

    在頻譜分析儀上裝設(shè)天線可以接收到天線響應(yīng)范圍內(nèi)的信號,，例如電臺信號、無線電信號,、手機(jī)信號等,。如圖十三所示，在接收范圍內(nèi)有 125MHz,、700MHz,、1GHz等信號出現(xiàn)，在頻譜儀上就可很清楚的接收到,。

相位噪聲測試

    一個理想的信號,，再頻譜分析儀上可以用一條垂直線來代表，換句話說,，只有在此頻率上才有信號的功率值,，在信號的左右*沒有功率。但在真實的世界中,，因為物理特性的關(guān)系,，是不可能有如此的信號存在，如圖十四所示,。一個信號除了本身的頻率之外,，還會有殘留的功率在其附近，這就被稱為相位噪聲,。

通道功率

    信道功率是以設(shè)定信道寬度的大小的帶寬來測定,，來計算其中的總功率值；例如的信號帶寬設(shè)定在 1MHz﹝即中心頻率左右各 500kHz﹞,，那通道功率就以這個范圍來測量整個帶寬中的總功率,；換言之，如果帶寬設(shè)定在 100kHz,，那通道功率就會以 100kHz內(nèi)的總功率來作計算,。圖十五為通道功率的示意圖。

調(diào)變信號測試

    在目前的數(shù)字信號中,，幾乎都是屬于調(diào)變過后的信號,，因為調(diào)變信號可以加強信號的安全性，常見的調(diào)變訊號有 AM,、FM,、FSK以及其他常被提及的調(diào)變方式。且不同的調(diào)變信號可以讓設(shè)計者或者系統(tǒng)中來判別,，該接收到的信號是否為所想要的信號,，圖十六即是使用頻譜分析儀來作信號檢測的圖例。

Gain/Loss的量測

    當(dāng)頻譜分析儀結(jié)合訊號追蹤器（Tracking Generator, TG）就成了一個激發(fā)響應(yīng)（Stimulus Response）量測系統(tǒng)。使用 TG來發(fā)射信號可當(dāng)作一信號發(fā)生器,，把 RF接收端當(dāng)成接收器,；由于 TG與 RF的信號同步，故可以很容易的可以找出產(chǎn)品的頻率響應(yīng)點（Insertion Loss）,，且如果搭配 Directional Coupler 的配件,，可量測返回?fù)p失（Return Loss）。不論在測試頻率響應(yīng)點或者返回?fù)p失,，測試時都必須先做標(biāo)準(zhǔn)化,，通常標(biāo)準(zhǔn)化有兩種方式，短路與開路,，如圖十七所示,。標(biāo)準(zhǔn)化的意義在于將儀器、制具,、接頭,、線材等的損失先行扣除而直接量測得出待測物本身發(fā)出信號的結(jié)果。

Gain/Loss的量測

    當(dāng)頻譜分析儀結(jié)合訊號追蹤器（Tracking Generator, TG）就成了一個激發(fā)響應(yīng)（Stimulus Response）量測系統(tǒng),。使用 TG來發(fā)射信號可當(dāng)作一信號發(fā)生器,，把 RF接收端當(dāng)成接收器；由于 TG與 RF的信號同步,，故可以很容易的可以找出產(chǎn)品的頻率響應(yīng)點（Insertion Loss）,，且如果搭配 Directional Coupler 的配件，可量測返回?fù)p失（Return Loss）,。不論在測試頻率響應(yīng)點或者返回?fù)p失,，測試時都必須先做標(biāo)準(zhǔn)化，通常標(biāo)準(zhǔn)化有兩種方式,，短路與開路,，如圖十七所示。標(biāo)準(zhǔn)化的意義在于將儀器,、制具,、接頭、線材等的損失先行扣除而直接量測得出待測物本身發(fā)出信號的結(jié)果,。

一般來說,，直接使用 TG來傳送信號、用 RF來接收信號的測試方式﹝即中間無耦和器等線路﹞,，其標(biāo)準(zhǔn)化會先將待測物拿掉,，先行將兩端短路，然后利用頻譜分析儀內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化功能﹝一般需要有加裝 TG 才會開啟這個功能﹞校正后,，再將待測物放上即可測試,；而另一種使用 Coupler 的方式,，一般會使用網(wǎng)橋來當(dāng)作中間Coupler，這樣的測試方式,，就會先將網(wǎng)橋的 Source端接上 TG,、Reflected 接到 RF 端，然后將 DUT 端先行開路,，等標(biāo)準(zhǔn)化之后再將待測物接上 DUT 端即可測試完成,。

六、頻譜分析儀的面板認(rèn)識

    前面介紹了頻譜分析儀的概念,、基礎(chǔ)原理與應(yīng)用面，這個部份介紹頻譜分析儀的面板,，讓大家認(rèn)識頻譜分析儀在面板上分成哪些區(qū)塊,，使用者對于區(qū)塊內(nèi)的功能該怎樣去使用。接下來我們以 GW Instek GSP-830 （圖十八）來解說頻譜分析儀的各個部分：

固緯所設(shè)計生產(chǎn)的頻譜分析儀是基于全數(shù)字合成（DDS）及低噪聲的設(shè)計,，具有多樣化的量測功能,，包括：光標(biāo)測量、功率測量,、限制線設(shè)定,、雙軌跡和觸發(fā)功能等各類型應(yīng)用。且簡單和快速的量測讓您的操作實現(xiàn)真正的便捷,。GSP系列的頻譜分析儀配置了靈活且便利的功能,、人性化的用戶操作面板，透過完整的設(shè)置選單,，可廣泛地應(yīng)用于實驗,、測量和維修服務(wù)領(lǐng)域。GSP系列在固緯的設(shè)計技術(shù)中表現(xiàn)出了顯著的成就,。頻譜分析儀的概述在無線通信設(shè)備,、元器件和系統(tǒng)測量應(yīng)用中，頻譜分析儀是應(yīng)用地zui廣泛的測量儀器,。它測量和展現(xiàn)射頻信號的頻率分布,。信號的頻率和振幅等訊息都可以通過頻譜分析儀進(jìn)行測量和讀取。當(dāng)前的無線通信系統(tǒng)主要使用數(shù)字通信技術(shù),，但是在工業(yè)測量中,，使用頻譜分析儀測量頻譜仍然具有重要的意義。為了滿足不同的頻譜分析需要,，固緯提供了3款不同的頻譜分析儀：3GHz,、2.7GHz和1GHz。配置了的性能和低廉價格,，無線產(chǎn)品的制造,、服務(wù)、設(shè)計、教育制定等,。固緯電子所推出的3GHz頻譜分析儀GSP-830是掃瞄式頻譜分析儀中具有高性能,、低噪聲準(zhǔn)位、易于操作和便于攜帶等多項優(yōu)點的分析儀器,，能夠在高頻與通訊應(yīng)用上,，提供學(xué)術(shù)研究、教育訓(xùn)練,、電子零組件設(shè)計與生產(chǎn)系統(tǒng),，以及自動化測試中*的有效解決方案。固緯電子的GSP-830采用*的整合性功能設(shè)計,，不僅能使原有之低噪聲準(zhǔn)位-117dBm/Hz在搭配20dB增益的前置放大器GAP-802后,，進(jìn)一步再降到-137dBm/Hz，以提供*的靈敏度來捕捉微弱訊號,。同時透過自動程序編輯模式,，讓用戶可編輯10組量測步驟以進(jìn)行自動化執(zhí)行序列的程序設(shè)定，而其中可進(jìn)入暫停,、重復(fù)和單次模式以配合不同的選用場合,。此外，GSP-830尚有更多優(yōu)異且*之功能,，包括自動設(shè)定,、窗口分割、功率量測,、訊號通過/失敗測試等項目,，皆能在頻譜分析的專業(yè)工作上滿足所有使用者的應(yīng)用需求。加上各式各樣數(shù)據(jù)與訊號的傳輸界面設(shè)計,，如USB Host/Device,，RS-232C，VGA和GPIB等標(biāo)準(zhǔn)或選配配件,，使得GSP-830已成為使用者在頻譜分析中運用遠(yuǎn)程控制,、監(jiān)控和多元化數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾鳌?/span>

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主要特性

固緯電子現(xiàn)在把頻譜分析儀產(chǎn)品系列擴(kuò)展到3GHz。GSP-830繼承了固緯產(chǎn)品高性能,、低價格,、易操作和輕重量的優(yōu)勢。且驚人的低底噪噪聲大大增加了測量范圍,；*的用戶接口帶給您很好的視覺效果,、豐富的測量功能使您的工作更加簡單和輕松。GSP-830為您提供了市場上zui高的性能價格比,。

寬廣的測量范圍

GSP-830杰出的底噪噪聲,，-152dBm/Hz @1GHz,，在捕獲微弱信號表現(xiàn)的極為穩(wěn)定。且接上20dB增益的前置放大器GAP-802后,，GSP-830的底噪能夠達(dá)到相當(dāng)于-172dBm/Hz,，提供更寬廣的測量范圍。

自動測量功能

GSP-830在不使用外部計算機(jī)控制的情況下能也能成為一部自動測量儀器,。用戶可透過前面板的按鍵定義自己所需要的執(zhí)行程序并且儲存到10組程序設(shè)置里,。除了面板上所有的功能外，程序設(shè)置還可包含暫停指令,，所以需要觀測面板的信息時可先暫停運行的程序去觀察測量結(jié)果,，然后接著執(zhí)行。且過程控制功能可根據(jù)應(yīng)用需要可以選擇重復(fù)直行和單次執(zhí)行兩種模式,。

便捷可攜的電源操作

配置了兩組Li-lon電池后,，GSP-830能夠在正常操作下維持3小時。直流電源操作模式也能用12V電源供應(yīng)器或汽車的點煙器給GSP-830供電,。且提供了一個背包，除了能將您的GSP-830安全收納外,，也可收納您所需的測試配件,。對于時常在外的維修工程師來說，GSP-830是一個便捷的工具,。僅有6kg輕便的重量和輕巧的體積,，使得GSP-830非常適合于戶外使用。

*的用戶接口

*的接口設(shè)計能夠讓用戶很愉快的處理復(fù)雜的工作,。高解析的6.4" TFT LCD提供了高質(zhì)量的圖形顯示,。用戶可自行定義多種不同的顏色軌跡，能夠一眼就觀察到波形細(xì)微的差異,。分割窗口模式能夠在同一顯示器上同時監(jiān)控不同頻段的數(shù)值,；在分割窗口的模式下，GSP-830相當(dāng)于將兩臺頻譜分析儀合而為一,。

豐富的界面支持

前面板的USB接口支持常見的USB Flash裝置,，可以實現(xiàn)多種處理，包括設(shè)置狀態(tài),、波形數(shù)據(jù)和圖形,。后面板的USB接口不僅可做為主控接口，還可做為被控裝置,。GSP-830顯示的圖形能夠通過后面的VGA接口直接將畫面送到其他外接的顯示器上,。方便在測試時需要遠(yuǎn)程監(jiān)控或者講解討論時很好的應(yīng)用。

免費的PC軟件

不論是RS-232C或者USB接口,，GSP-830所提供的EagleShot軟件可將測量的數(shù)據(jù)傳到PC端,。用戶除了可以儲存圖像格式外,，還可將數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)儲存成文件文件供進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析。除了提供數(shù)據(jù)儲存外,，在軟件上還支持光標(biāo)功能,，便于快速檢測在頻段上的各類數(shù)據(jù)。新版的EagleShot PC軟件同時也支持GSP-830和GSP-827,。

GSP-830 是一個中高層級的數(shù)字合成控制頻譜分析儀,，適合廣泛的應(yīng)用，比如生產(chǎn)測試,，實驗室研究和認(rèn)證,。

GSP830性能 

•  低噪聲： -117dBm @1GHz， 3k RBW,。

•  快速掃描： 50ms ~ 25.6s,。

•  體積小： 330（寬） x 170（高） x 340（深） mm,。

•  重量輕巧： 5.8kg （不含附件）,。

GSP830特點  

•  自動設(shè)定。

•  10 個標(biāo)記（Δ游標(biāo)和峰值功能）  ,。

•  3 條波型軌跡,。

•  功率量測：ACPR，OCBW,，CH Power,，N-dB,相位抖動..

•  波形限制線和 Pass/Fail 的功能可快速的核定測試的條件。

•  分割窗口的功能且可分別設(shè)定,。

•  順序編程（使用者可自行定義）  ,。

•  6.4″ TFT彩色 LCD，640 x 480  分辨率,。

•  音頻輸出端口（選購的解調(diào)器可提供）  ,。

•  AC/DC/電池多模式電源操作。

GSP830界面  

•  可使用 USB host 端連接到儲存設(shè)備,。

•  可使用 USB Slave/RS-232/GPIB（選購配備）與計算機(jī)連接以及遠(yuǎn)程控制,。

•  直接顯示影像的 VGA 輸出。

•  參考信號同步輸入/輸出,。

•  外部觸發(fā)信號輸入,。

GSP830選購配備 

•  跟蹤發(fā)生器。

•  前置放大器（11.5dB,6GHz）

•  電池組

•  ±1ppm 穩(wěn)定參考源模塊,。

•  EMI濾波器含 9kHz/120kHz RBW 和 6-dB帶寬,。

•  300Hz/10kHz/100kHz RBW

•  解調(diào)器

•  GPIB界面

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