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頻譜分析是觀察和測量信號幅度和信號失真的一種快速方法，其顯示結果可以直觀反映出輸入信號的傅立葉變換的幅度。信號頻域分析的測量范圍極其寬廣，超過140dB，這使得頻譜分析儀成為適合現代通信和微波領域的多用途儀器。頻譜分析實質上是考察給定信號源，天線，或信號分配系統(tǒng)的幅度與頻率的關系，這種分析能給出有關信號的重要信息，如穩(wěn)定度，失真，幅度以及調制的類型和質量。利用這些信息，可以進行電路或系統(tǒng)的調試，以提率或驗證在所需要的信息發(fā)射和不需要的信號發(fā)射方面是否符合不斷涌現的各種規(guī)章條例。
現代頻譜分析儀已經得到許多綜合利用，從研究開發(fā)到生產制造，到現場維護。新型頻譜分析儀已經改名叫信號分析儀，已經成為具有重要價值的實驗室儀器，能夠快速觀察大的頻譜寬度，然后迅速移近放大來觀察信號細節(jié)已受到的高度重視。在制造領域，測量速度結合通過計算機來存取數據的能力，可以快速，和重復地完成一些極其復雜的測量。
有兩種技術方法可完成信號頻域測量（統(tǒng)稱為頻譜分析）。
1．FFT分析儀用數值計算的方法處理一定時間周期的信號，可提供頻率；幅度和相位信息。這種儀器同樣能分析周期和非周期信號。FFT的特點是速度快；精度高，但其分析頻率帶寬受ADC采樣速率限制，適合分析窄帶寬信號。
2．掃頻式頻譜分析儀可分析穩(wěn)定和周期變化信號，可提供信號幅度和頻率信息，適合于寬頻帶快速掃描測試。
FFT分析儀能夠完成多通道濾波器式同樣的功能，但無需使用許多帶通濾波器，它使用數字信號處理來實現多個立濾波器相當的功能。從概念上講，FFT方法是簡單明確的：對信號進行數字化，再計算頻譜。實際上，為了使測量具有意義，還需要考慮很多因素。
FFT的實質是基帶變換，換句話說，FFT的頻率范圍總是從0Hz開始并延伸到某個頻率處。這對需要分析較窄頻帶（不是從直流開始）的測量情況可能是一個重大限制。例如，FFT分析儀具有取樣頻率，FFT的頻率范圍是0Hz到128KHz。若N=1024，則頻率分辨力將是，故不能分辨間隔小于250Hz的譜線。
提高頻率分辨力的一種方法是時間記錄中的取樣點數N，這也FFT輸出的節(jié)點數。不過，問題在于，這會增加FFT所要處理的數組長度，從而增加計算時間。FFT算法的計算時間往往限制了儀器的性能（比如屏幕刷新速度），所以增加FFT的長度往往是可取的。
另一種方法是使用數字下變頻器，對于帶限信號，進行數字下變頻，這樣等效降低了采樣速率，可以提高頻率分辨力。ADC的輸出與數字正弦波相乘，借助數字混頻使數字正弦波的頻率降低。

噪聲特性
由于電阻的熱敏效應，任何設備均具有噪聲，頻譜分析儀亦不例外，頻譜分析儀的噪聲，本質上是熱噪聲，屬于隨機性（Random），它能被放大與衰減，由于系隨機性信號，兩噪聲的結合只有相加而無法產生相減的效果。在頻帶范圍內也相當平坦，其頻寬遠大于設備內部電路的頻寬，檢測器檢知的噪聲值與設定的分辨率頻寬（RBW）有關。由于噪聲是隨機性迭加于信號功率上，因此顯示的噪聲準位與分辨率頻寬成對數的關系，改變分辨率頻寬時噪聲隨之變化，噪聲改變量相關的數學式如下所示：
例如：頻寬從100kHz（BW1）調整到10kHz（BW2），則噪聲改變量為：
亦即降低噪聲量10dB （為原來的1/10），相對提高訊號與噪聲比10dB。由此可知，純粹要降低噪聲量，使用窄寬度的頻寬將能達到目的。不論噪聲來之于外部或內部產生，量測時均將影響信號振幅的準確性，特別在低準位信號時，更是如此，噪聲太大時，甚至掩蓋信號以致無確判斷信號的大小，影響量測質量的兩種噪聲可概括為下列項：
⑴.產生于交換功能的數字電路、點火系統(tǒng)與DC 馬達脈沖噪聲，這類噪聲常見于EMI（Electromagnetic Interference）的討論領域里。
⑵. 隨機性噪聲來之于自然界或電路的電子移動，又稱之為KTBW （或稱熱敏）噪聲、Johnson 噪聲、寬帶噪聲或白氏（White）噪聲等，本書主要以熱敏噪聲為重點，數學式為：
Pn =kTBW ，⑸
其中：Pn =噪聲功率= 3.98*10?21 瓦/Hz 或-174dB/Hz
k=Boltzman 常數，1.38*10?23 joule/oK
T=溫度表示的常溫=290 oK
BW=系統(tǒng)的噪聲功率頻寬（Hz）。
在4MHz、75 Ω、290 oK 時的噪聲功率為-59.1dBm。由噪聲功率得知，信號頻寬降低，系統(tǒng)噪聲功率隨之降低，信號的質量以信號噪聲比表示
（SNR；Signal-to-Noise Ratio），信號強度（單位為dBm）與系統(tǒng)噪聲功
率（單位為dBm）的相減值即為信號噪聲比，數學式為：
匹配因素

頻譜分析儀的工作原理
頻譜分析儀架構猶如時域用途的示波器，面板上布建許多功能控制按鍵，作為系統(tǒng)功能之調整與控制，實時頻譜分析儀（Real-Time Spectrum Analyzer）與掃瞄調諧頻譜分析儀（Sweep-Tuned Spectrum Analyzer）。實時頻率分析儀的功能為在同一瞬間顯示頻域的信號振幅，其工作原理是針對不同的頻率信號而有相對應的濾波器與檢知器（Detector），再經由同步的多任務掃瞄器將信號傳送到CRT 屏幕上，其優(yōu)點是能顯示周期性雜散波（PeriodicRandom Waves）的瞬間反應，其缺點是價昂且性能受限于頻寬范圍、濾波器的數目與的多任務交換時間（Switching Time）。
常用的頻譜分析儀是掃瞄調諧頻譜分析儀，可調變的本地振蕩器經與CRT 同步的掃瞄產生器產生隨時間作線性變化的振蕩頻率，經混波器與輸入信號混波降頻后的中頻信號（IF）再放大、濾波與檢波傳送到CRT 的垂直方向板，因此在CRT 的縱軸顯示信號振幅與頻率的對應關系，信號流程架構如圖1.3 所示。
影響信號反應的重要部份為濾波器頻寬，濾波器之特性為高斯濾波器（Gaussian-Shaped Filter），影響的功能就是量測時常見到的解析頻寬（RBW，Resolution Bandwidth）。RBW 代表兩個不同頻率的信號能夠被清楚的分辨出來的頻寬差異，兩個不同頻率的信號頻寬如低于頻譜分析儀的RBW，此時該兩信號將重疊，難以分辨，較低的RBW 固然有助于不同頻率信號的分辨與量測，低的RBW 將濾除較高頻率的信號成份，導致信號顯示時產生失真，失真值與設定的RBW 密切相關，較高的RBW 固然有助于寬帶帶信號的偵測，將增加噪聲底層值（Noise Floor），降低量測靈敏度，對于偵測低強度的信號易產生阻礙，因此適當的RBW 寬度是正確使用頻譜分析儀重要的概念。
另外的視頻頻寬（VBW，Video Bandwidth）代表單一信號顯示在屏幕所需的頻寬。如前所說明，量測信號時，視頻頻寬過與不及均非適宜，都將造成量測的困擾，如何調整必須加以了解。通常RBW 的頻寬大于等于VBW，調整RBW 而信號振幅并無產生明顯的變化，此時之RBW 頻寬即可加以采用。量測RF 視頻載波時，信號經設備內部的混波器降頻后再加以放大、濾波（RBW 決定）及檢波顯示等流程，若掃描太快，RBW 濾波器將無法完全充電到信號的振幅峰值，因此必須維持足夠的掃描時間，而RBW 的寬度與掃描時間呈互動關系，RBW 較大，掃描時間也較快，反之亦然，RBW 適當寬度的選擇因而顯現其重要性。較寬的RBW 較能充分地反應輸入信號的波形與振幅，但較低的RBW 將能區(qū)別不同頻率的信號。例如使用于6MHz 頻寬視訊頻道的量測，經驗得知，RBW 為300kHz 與3MHz 時，載波振幅峰值并不產生顯著變化，量測6MHz的視頻信號通常選用300kHz 的RBW 以降低噪聲。天線信號量測時，頻譜分析儀的展頻（Span）使用100MHz，獲得較寬廣的信號頻譜需求，RBW使用3MHz。這些的量測參數并非一成不變，將會依現場狀況及過去量測的經驗加以調整。

R&S FSU26 頻譜分析儀
R&SFSU系列頻譜儀是動態(tài)范圍、相位噪聲、電平精度和分辨率帶寬等頻譜儀指標的，所有這些指標也是用戶設計、測量和生產下一代無線通訊元件的重要**。
平均本地噪聲：-158 dBm(歸一化到1 Hz) 相位噪聲：-123 dBc (1 Hz) 在10 kHz偏移處三階互調截斷點（TOI）：典型值+25 dBm 分辨率帶寬：1 Hz 到50MHz
極高的測量速度支持時域模式的快速鄰信道功率（ACP）測量每秒能進行70次測量（包括通過GPIB總線傳輸數據的時間）,無可匹敵的測量功能標準配置即可提供TOI, MC ACP(R), OBW,CCDF, APD等測量功能選件可以支持：-GSM / EDGE -Bluetooth? - WCDMA / HSDPA / TD-SCDMA - CDMA2000? / 1xEV-DV/1xEV-DO.優(yōu)異的射頻性能一直是羅德與施瓦茨頻譜儀的主要特點。R&SFSU繼續(xù)保持這個傳統(tǒng)，提供了如下的射頻性能：
FSU26頻譜分析儀頻率范圍：
FSU26 20 Hz to26.5 GHz
FSU26頻譜分析儀射頻性能:
到3.6GHz的總電平不確定度為0.3dB
到-70dB時的線形度誤差小于0.1dB
FSU26頻譜分析儀電平精度：
顯示平均本地噪聲：-158 dBm(歸一化到1 Hz)，無預放
單邊帶相位噪聲typ. -123 dBc/Hz @ 10 kHz 偏移, 中心頻率640 MHz
單邊帶相位噪聲typ. -160 dBc/Hz @ 10 MHz 偏移, 中心頻率640 MHz
三階互調截斷點（TOI）：典型值+25 dBm
1dB壓縮點：+13dBm
WCDMA鄰信道泄漏功率（ACLR）動態(tài)范圍為.5 dB，打開噪聲修正之后可達84 dB
FSU26頻譜分析儀IQ下變頻器：
中頻A/D轉換的精度為14bit，采樣率32MHz（中頻頻率為20.4MHz）
IQ存儲器容量為2x512 k采樣點
FSU26頻譜分析儀速度：
頻域掃描時間小為2.5ms
時域掃描時間小為1 ?s
每秒能進行70次測量（包括通過GPIB總線傳輸軌跡數據的時間）
遠程控制模式可以支持列表掃描（listmode），進一步減少測量時間
射頻性能：
DANL 測量的典型值為 -158 dBm （1Hz）（無預放）
單邊帶相位噪聲典型值 - 133 dBc （1Hz） @ 10 kHz 偏離，載波640 MHz
相位噪聲典型值 - 160 dBc/Hz @ 10 MHz 偏離，載波 640 MHz
三階截止點典型值 25 dBm
1dB壓縮點典型值 13 dBm
WCDMA ACLR 動態(tài)范圍為 .5 dB / 84 dB（采用噪聲校正）
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