頻譜分析儀是射頻微波應(yīng)用領(lǐng)域常用的測試儀表，通過頻譜儀的測試，可以得到信號很多重要的性能參數(shù)，如信號頻率，信號功率，信號帶寬，雜散性能等。對于一個射頻工程師來講，能正確使用頻譜儀來測試和分析信號，也是個重要的技能喔!如果能正確使用儀表越來越豐富的技術(shù)功能，就可以實現(xiàn)工作事半功倍的效果，不能只做埋頭苦干的攻城獅，煎餅俠也要笑傲江湖!

現(xiàn)在我們就來了解下頻譜分析儀的來龍去脈和技術(shù)能力吧!頻譜分析儀簡稱SA(Spectrum Analyzer),現(xiàn)在隨著技術(shù)的發(fā)展，SA的內(nèi)容又變成Signal Analyzer信號分析儀，這其實是意味著儀表功能一個巨大質(zhì)的提升!

無論如何變化，SA的基本功能就是測試信號的頻譜，頻譜測試的技術(shù)是如何變化的呢?

圖：頻譜測試的基本功能

第一代的頻譜分析儀完全采用模擬電路的處理方式，典型的代表就是HP/Agilent的E8563A頻譜分析儀。它采用模擬的掃頻的技術(shù)來完成頻譜測試，形象的比喻就是像一臺老式的收音機，收音機通過旋鈕調(diào)諧來對準廣播的信號頻率，從而可以收聽到這個電臺的聲音。掃頻頻譜儀也是通過一個能自動掃頻的振蕩器在設(shè)置的頻率范圍內(nèi)進行掃描，當掃頻本振的頻率和被測信號頻率一樣時，儀表就顯示一條線來表示這個信號，這個線的高度代表信號的幅度，就像收音機輸出的音量一樣。當然頻譜儀能掃描的范圍比收音機寬得多，也快的多，能在毫秒的時間內(nèi)掃頻26G頻率的范圍。

掃頻式方法是頻譜儀最早采用的技術(shù)，現(xiàn)在頻譜儀在進行寬帶頻譜測試時還是采用這種方法。掃頻測試的最大缺點就是對瞬變信號沒有測試能力，就像收音機在收聽交通臺的時候不知道音樂臺在播放什么節(jié)目，掃頻頻譜儀只能定量測試穩(wěn)定或周期出現(xiàn)的信號。

矢量信號分析儀(VSA： vector signal analyzer)也是經(jīng)常聽到的一種測試儀表，其實VSA是隨著數(shù)字信號處理技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的信號測試新技術(shù)，在頻譜測試中，采用FFT(快速傅里葉變換)來完成頻譜測試。FFT測試頻譜就像照相機拍照片，一下子就能獲得整副圖形，F(xiàn)FT能獲得分析帶寬內(nèi)整個的頻譜信息，而不需要通過掃描一點一點得到。從而可以大大提高頻譜測試的速度。還能大大提高頻譜測試時的性能，比如由于采用數(shù)字濾波來完成RBW的分辨濾波器，濾波器的矩形系數(shù)能大大降低，從而提高了頻譜分析儀測試的動態(tài)范圍和分辨率。

圖：數(shù)字濾波器對頻譜分析性能的提升

VSA(矢量信號分析儀)的技術(shù)核心是對信號進行數(shù)字化處理，所以很容易對信號數(shù)據(jù)進行更多功能的分析，其中最重要的就是信號解調(diào)，通過對信號的相位，頻率，幅度參數(shù)的提取和分析，提供信號的調(diào)制星座圖，給出EVM，相位誤差，頻率誤差等調(diào)制特性參數(shù)都是VSA的重要功能。

圖：VSA提供的信號解調(diào)功能

照相機兩次快門按下的中間間隙是無法拍照的，VSA在進行連續(xù)兩次FFT的中間也無法進行信號測試，這樣對出現(xiàn)在這個間隙中的信號就會丟失，從而無法捕捉到信號進行分析。實時信號分析儀(RTSA：Real time signal analyzer)的出現(xiàn)就解決了這個問題，RTSA通過硬件來完成數(shù)字信號處理，大大提高信號處理的速度，就像把照相機升級到高速的攝像機，對目標每個時刻的變化都能及時的捕捉。當然這個能力也是有限度的，現(xiàn)在先進的RTSA能對大約出現(xiàn)超過3ns的信號進行發(fā)現(xiàn)和捕捉。Keysight的N9040B就是其中的典型代表，測試的頻率范圍也由之前的26G擴展到110G或者更高的太赫茲頻段。

圖：Keysight N9040B寬帶實時信號分析儀

利用RTSA能實時準確的捕捉瞬變的信號，圖7為普通頻譜儀測試瞬變信號和RTSA測試結(jié)果的對比，普通頻譜儀只能捕捉到瞬變信號變化過程中的頻率分量，無論是顯示的頻率還是幅度都和主信號的信息不符。而RTSA能準確地顯示主信號的頻譜信息，當然信號變化過程中帶來的其他頻率分量也能完整反映。

那你會問，什么是瞬變信號?瞬變信號就是信號的頻率，功率等參數(shù)是變化的，而且是無規(guī)律的變化，最典型的瞬變信號就是常見的無線寬帶wifi信號，wifi設(shè)備發(fā)射的信號是一會有，一會沒有的突發(fā)信號，信號的頻率也是在頻段內(nèi)幾個頻點切換跳變。你可以使用任何一臺普通的頻譜儀設(shè)置到2.4G的頻率位置，就能看到這個不斷在跳舞的wifi信號了。

圖：實時信號分析儀對瞬變信號的準確測試

由于先進的RTSA采用高速的ADC和FPGA硬件處理，儀表的分析帶寬和分析速度能保證儀表對復(fù)雜信號進行分析。圖8的實例就是RTSA通過寬帶采集能完整測試寬頻段范圍的多個信號，并對不同載波的信號進行解調(diào)和頻譜處理，全局信號分布和每個信號的細節(jié)參數(shù)測試同步完成，相信這樣的功能能幫助技術(shù)工程師更好、更快地完成信號的測試任務(wù)。

圖：寬帶RTSA完成多信號同步分析

審核編輯：湯梓紅