如何使用频谱分析仪

频谱分析仪是测试射频、射频电路、模块和单元时使用的关键测试仪器。它们用于许多领域，包括射频设计、通用电子电路设计、电子制造和测试以及服务，有时还有现场维修。

这些测试仪器显示幅度与频率的关系，因此，这些测试仪器是定位杂散信号以及显示和测量信号带宽的关键。

了解如何有效地使用频谱分析仪是能够正确研究射频电路运行的关键。

了解如何使用频谱分析仪的关键方法之一是查看控件。

虽然这个测试仪器可能看起来很复杂，但一旦花了一点时间，就很容易理解如何使用频谱分析仪。

尽管每种分析仪类型都不同，但每种测试仪器的基本概念都是相同的 - 可以进行相同类型的测量，并提供相同的基本控制功能。这样，一旦使用了一种测试仪器，就可以将相同的基本技能传授给其他频谱分析仪的使用。

频谱分析仪上有许多不同的控件和界面。尽管这些测试设备可能看起来很复杂，但经过一些练习后可以充分利用它们，因为必须正确使用控件。

显示器在研究如何使用频谱分析仪时，测试设备的主要元素之一是显示器。显示器有一个刻度，通常有十个主要水平分度和十个主要垂直分度。

分析仪的横轴在频率上是线性校准的，较高的频率位于显示屏的右侧。垂直轴以振幅校准。该刻度通常是对数的，尽管通常可以使用其他刻度，包括用于专门测量的线性刻度。

通常使用对数刻度，因为它可以在频谱分析仪上看到非常宽范围的信号 - 感兴趣的信号可能会变化 70dB、80dB 或更多。通常使用每格 10 dB 的值。该刻度通常以 dBm（即相对 1 毫瓦的分贝）为单位进行校准，因此可以查看绝对功率电平以及比较两个信号之间的电平差异。

除了显示光谱外，使用数字技术的现代分析仪通常还具有软键，以在显示器边缘周围提供各种功能。

设置频率要设置频谱分析仪的频率，可以进行两种选择。这些选择彼此独立，在不同的控件上或通过键盘单独输入：

中心频率： ： 中心频率选择将刻度中心的频率设置为所选值。它通常是要监测的信号所在的位置。通过这种方式，主信号位于显示屏的中央，并且可以监控两侧的频率。

跨度：跨度选择是使用频谱分析仪时要查看或监控的频率覆盖范围。跨度可以作为刻度上每格的带宽给出，也可以作为在屏幕校准部分看到的总跨度，即在刻度上校准的最大范围内。另一个通常可用的选项是设置扫描的开始和停止频率。这是表示跨度的另一种方式，因为开始频率和停止频率之间的差值等于跨度。减小跨度将允许更好的信号分辨率，从而可以看到信号的接近分量。

顶部和底部频率： 作为设置跨度和中心频率的替代方法，许多分析仪提供了输入扫描的开始和停止或顶部和底部频率的功能。

增益和衰减调整在频谱分析仪上还可以使用其他控件。其中大多数属于两类之一。第一个与频谱分析仪内各部分的增益或衰减有关。

如果测试设备的某些部分过载，则仪器内可能会产生杂散信号。这可以通过使用输入衰减器进行额外的衰减来防止。但是，如果插入过多的衰减，则在后期阶段需要额外的增益（IF增益），并且背景噪声水平会增加，这有时会掩盖较低电平的信号。因此，需要仔细选择频谱分析仪中的相关增益电平，以获得最佳性能。

现代测试设备通常具有单个增益控制，通常称为参考电平控制，它结合了输入衰减和IF增益控制。它会自动调整两者以获得最佳设置。通过这种方式，一端的过载、秤和另一端的本底噪声都得到了优化。

通常，调整总增益，使目标信号的峰值朝向显示器的顶部 - 通常与顶部有10dB的差距就足够了。这样，也可以非常容易地看到振幅过大的杂散信号和其他信号。

如果参考电平降低得太远，信号值将降低并逐渐接近残余噪声电平。为了进行合理的测量，信号和噪声之间应有20dB的差异。

扫描速率频谱分析仪通过扫描所需范围的低端到高端所需的频率范围来运行。它执行此操作的速度很重要。显然，它扫描范围的速度越快，测量速度就越快。

然而，测试仪器的扫描速率受到另外两个因素的限制。这些是 IF 中使用的滤波器，以及也可用于平均读数的视频滤波器。这些滤波器必须有时间做出响应，否则信号将被遗漏，测量结果将变得无用。

保持尽可能高的扫描速率仍然至关重要，以确保尽快进行测量。通常，扫描速率、跨度和滤波器带宽在测试设备内链接，以确保选择最佳组合。扫描速率是一个关键设置，尤其是在需要进行大量测量时，例如在需要表征IC或RF电路的射频设计中，或者在必须将测试时间保持在最低限度的电子制造商中。

滤波器带宽其他控制措施涉及仪器内的滤波器带宽。一般有两种类型：

IF滤波器：中频滤波器基本提供频谱分析仪的频率分辨率。选择较窄的滤波器带宽将能够看到距离很近的信号。然而，由于它们是窄带滤波器，因此这些滤波器对变化的响应速度不如宽带滤波器快。因此，使用它们时必须选择较慢的扫描速率。

当必须使用窄带宽和慢扫描速率时，可以通过减少需要扫描的跨度来进行测量的时间。即使必须使用较慢的扫描速率，也可以减小必须进行扫描的范围，从而减少分析仪的扫描时间。

视频过滤器：视频滤波功能用于许多模拟频谱分析仪，在使用数字信号处理的分析仪中并不常见。它提供了一种应用于信号的平均值形式。这样可以减少由噪声引起的变化，这有助于平均信号，从而揭示可能看不到的信号。使用视频滤波还会限制频谱分析仪的扫描速度。现代FFT和实时频谱分析仪将具有特殊的平均功能。

在现代频谱分析仪上，滤波器带宽通常自动与跨度和扫描速率相关联，以便为任何给定情况选择最佳设置。滤波器越窄，看到的细节越精细，本底噪声水平越低。（NB噪声与带宽成正比，因此带宽越低，噪声越低）。如上所述，一个好的经验法则是确保噪声和信号电平之间存在20dB的差异，以便进行合理的测量。

滤波器带宽也可以称为分辨率，因为滤波器带宽水平越窄，就可以看到更精细的细节。

标记：几乎在新的频谱分析仪上集成的一个非常有用的设施是标记的使用。它们检测波形特定部分的电平，可用于测量不同信号的电平，并比较谐波或杂散信号相对于载波的电平等数字。

通常，这些标记可以设置为选择峰值、第二个峰值等，或测量给定点的电平 - 通常使用滚轮或旋钮来设置频率。

这些标记通常由软功能键控制，这些软功能键通常作为软键出现在触摸屏上，或作为屏幕周围的按钮出现。

现代频谱分析仪拥有大量的设备，特别是与多年前的模拟测试仪器相比。

除了标记等许多功能外，通常还有许多其他功能可以使用软键进行访问。这些可能包括测量相位噪声和噪声系数的例程。

另一个是易于测试信号频谱的能力。可以设置一个模板，详细说明信号频谱必须落在的限值。这个掩码出现在屏幕上，然后很容易看出信号的频谱是否超出这个范围。

使用频谱分析仪的提示和技巧

虽然可以详细介绍频谱分析仪的各种控制及其作用，但下面列出了与使用频谱分析仪的实际方面相关的其他要点：

注意输入电平：在处理高功率水平时，很容易损坏这些测试仪器的输入。输入通常直接连接到高性能混频器。如果施加过大的功率，可能会损坏混频器，修复成本可能很高，更不用说在寻找替代品时中断任何测试的成本了。

在测试发射机时，输出必须通过衰减器，在重新配置任何测试时，很容易忘记包括衰减器。要非常小心地确保衰减器始终包含在内，以降低任何高功率水平，从而使输入不会过载。

分析仪的输入连接器通常带有有关允许的最大功率电平的警告，详细说明了允许的实际功率。

检查分析仪或UUT中是否产生杂散信号：在测试杂散信号时，并不总是很明显是否有任何杂散信号是在测试仪器内部产生的，或者它们来自被测设备。如果频谱分析仪输入级过载，它们可能会产生严重的信号。

简单的检查方法是将输入衰减器电平（不是任何其他增益控制）降低10 dB。如果杂散电平下降10dB（与其他信号一起），则杂散信号由UUT产生。如果杂散信号下降超过10 dB，则意味着它们是在频谱分析仪内部产生的。如果是这种情况，请减小输入衰减器，直到频谱分析仪生成的杂散信号不再可见。

确保软件是最新的：最好确保频谱分析仪中的软件是最新的。制造商会定期更新软件以修复错误，有时还会提高性能。通过使软件保持最新状态，可以确保所有最新设施都可用。

测量相位噪声时，请确保分析仪性能足够：使用频谱分析仪测量信号的相位噪声时，请确保频谱分析仪内本振的噪声性能比被测信号的预期性能好约6 dB。如果不是这样，那么频谱分析仪振荡器的相位噪声将影响读数。如果被测信号优于频谱分析仪本振的极端情况，则测量频谱分析仪本身的相位噪声！

使用频谱分析仪时，可以快速找到可以有效使用的地方。使用这些测试的一些提示和技巧有助于克服每个人在使用频谱分析仪时遇到的问题。

尽管大多数频谱分析仪将具有进一步的控制，但提到的控制是主要使用的控制，并且可以很好地理解如何使用频谱分析仪。频谱分析仪是测试设备中非常有用的物品，对于射频设计、开发和测试非常宝贵。

频谱分析仪是射频设计的宝贵测试仪器 - 它们为射频电路、模块和系统的运行提供了重要的见解。因此，它们是射频设计、电子电路设计、电子制造、服务、现场维修等最重要的测试设备之一。

审核编辑：黄飞