頻譜分析儀使用攻略

隨著2.4GHz和5.8GHz頻段應用的增多，通信信號使用頻率不斷提高，對頻譜儀最高工作頻率的要求也不斷提升。早期的常規(guī)頻譜儀工作頻率最高在 1~2GHz,當時看上去已經(jīng)很高了，而現(xiàn)在的頻譜儀基本上都是從3GHz起步，工作頻率高的可以達到50GHz,很多實驗室都將40GHz的頻譜儀作為標準配置。對于一些頻率很低信號的應用也有對應專用的低頻頻譜分析儀，工作頻率在10mHz~100kHz.

頻譜分析儀的檔次不僅僅取決于工作頻率范圍，信號顯示的品質高低更關系到分辨率、帶寬、頻率掃寬、動態(tài)范圍、掃描速度、平均噪聲電平、相位噪聲、絕對幅度精度等指標。分辨率、帶寬與頻譜儀對信號的解析能力有關，對于一些窄帶信號，使用高分辨率更容易展現(xiàn)信號的特征。通常，高檔的頻譜儀分辨率基本可以做到 1Hz水平，中檔產(chǎn)品在100Hz~1kHz水平。高動態(tài)的頻譜儀有利于信號的顯示，并可以減小信號的失真，特別適合大小信號并存的情況。

頻譜儀的掃描速度與儀器硬件處理性能有關，掃描速度關系到信號顯示的實時性。絕大部分的頻譜儀都屬于掃頻型構架，高掃描速度帶來高刷新率，這對于捕捉偶發(fā)的信號更為有利。高速掃描處理能力使得用戶有機會設置、使用更大的掃描帶寬和更精細的分辨率，同時頻譜圖刷新不至于太慢。對于需要檢測微小信號的應用，就需要低噪聲的頻譜儀，這對儀器的放大器電路和頻率合成器以及基準都提出了很高的要求。對于很多小信號的測量，并不是只需加個放大器那么簡單。

作為附加和擴展功能，硬件上主要有跟蹤發(fā)生器、前置放大器、中頻輸出、通信端口。跟蹤發(fā)生器主要是用來配合頻譜儀顯示兩端口網(wǎng)絡的頻幅特性，前置放大器主要用來顯示微小信號，多用在EMC/EMI中。在軟件上，主要是授權一些功能的開放和附加測量功能的軟件。

此外，頻譜分析儀還有一個“近親”--“信號分析儀(signal analyzer)”.通常，信號分析儀與頻譜儀同宗同源，但具有更高的參數(shù)指標，更適合測量特定的復雜信號。

在同等級技術水平下，臺式頻譜儀的性能無疑是最好的。目前高性能的頻譜儀和信號分析儀體積和重量雖有改善，但都還是很大，其提供的一流性能主要適合對復雜和瞬時信號進行精密分析和對新型數(shù)字信號進行測量。便攜式頻譜儀一般可以視為通用頻譜儀，提供主流的性能，適合常規(guī)傳統(tǒng)應用。手持式頻譜儀提供尚可的性能，適合現(xiàn)場的快速檢測和高移動性要求。

在業(yè)余電臺中的典型應用

測量發(fā)射機的發(fā)射頻譜和帶外輻射是頻譜儀在業(yè)余電臺中的典型應用之一。

理想的發(fā)射機發(fā)出的射頻信號應該僅為工作頻率的信號，但實際上，由于電子電路的一些特性，發(fā)射機在輸出主射頻信號的同時還會輸出一些諧波，典型的情況就是會在工作頻率的整數(shù)倍頻上出現(xiàn)諧波發(fā)射。例如，一部工作在7.050MHz發(fā)射的電臺，多多少少會在2倍頻14.100MHz、3倍頻 21.150MHz 等倍數(shù)頻率上發(fā)射。有興趣的愛好者可以做一個簡單的試驗，用一部對講機在145MHz上發(fā)射，同時在很近的距離用另一部對講機在435MHz頻率上接收(正好是2m波段對講機工作頻率的3倍)，一定會聽到145MHz對講機發(fā)出的聲音，這就說明存在倍頻諧波發(fā)射。諧波的發(fā)射如果不加以控制，會無意中干擾其他的通信和電子設備工作，所以發(fā)射機在功率放大器的后級都設有低通濾波器，以盡量抑制高次諧波的輸出。

國家對無線電設備的帶外發(fā)射有嚴格的規(guī)定，雜波散射也是無線電管理局對發(fā)射機強檢的必然項目。實際設備使用中，由于設備故障或者濾波器元器件老化等原因，都會引起發(fā)射機雜波增大。頻譜儀是檢測帶外發(fā)射的利器，通過頻譜儀的搜索功能可以檢測到發(fā)射機的帶外發(fā)射點以及每個發(fā)射點的輸出幅度。對于自制發(fā)射機和功率放大器的業(yè)余電臺愛好者，通過頻譜儀，能有效調整末級濾波器，將帶外輻射抑制到最小，同時將對主通信信號的影響降到最低。另外，在HAM自制電臺時，頻譜儀還能很方便地觀察頻率合成器輸出信號的純度。

有些具備跟蹤信號發(fā)生器的頻譜儀能夠測量兩端口網(wǎng)絡的頻幅特性，被很多業(yè)余電臺愛好者視為調整帶通濾波器和中繼臺雙工器的理想工具(當然，使用矢量網(wǎng)絡分析儀更好)。如果配合駐波電橋使用，頻譜儀可以以圖形曲線的方式顯示出天線的頻幅特性，這對制作天線十分有利。 HAM可以借此迅速直觀地了解DIY天線的匹配情況和帶寬并加以修正，使用起來比單一駐波比表要方便多了。

實戰(zhàn)操作

下文以業(yè)余無線電愛好者使用比較多的 Agilent ESA-L系列頻譜儀為例，介紹一下其簡單的設置和使用。該款頻譜儀屬于目前國內市場上數(shù)字頻譜儀的典型產(chǎn)品。

Agilent ESA-L系列頻譜儀為典型新型數(shù)字化頻譜儀，繼承了HP頻譜儀操作界面。

第一步，開機預熱。E4403具有很強大的自動測量功能，可以顯示頻率和信號幅度。頻譜儀外接功率衰減器，衰減量可以事先輸入頻譜儀，這樣頻譜儀在自動測量信號幅度時會自動加入運算，省得用戶自己再做加減法。

第二步，設定中心頻率，在E4403控制面板左上角按下“FREQUENCY”長條狀按鍵，通過數(shù)字鍵盤直接輸入頻率數(shù)據(jù)即可。E4403頻率設置有兩種方式，一種是設置中心頻率，另一種是設置掃描起始頻率和結束頻率，通過屏幕邊上的軟鍵可以選擇。

第三步，設置掃描寬度，按下控制面板左上角“SPAN”長條狀按鍵，然后直接輸入掃描帶寬即可。系統(tǒng)會自動選擇適合的RBW和VBW分辨率，如果用戶有特殊需求，也可以手動設定RBW/VBW.

第四步，設定參考電平幅度。按下控制面板左上角的“AMPLITUDE”長條狀按鍵，然后輸入?yún)⒖茧娖?也可以使用控制面板上的飛梭調節(jié))，通過參考電平調節(jié)使得信號在頻譜圖上有較好的顯示。

E4403的詳細設定非常復雜，上面提到的只是最簡單的基礎設定。有時，做一些高級設定時會出現(xiàn)儀器表現(xiàn)異常的情況，此時可以按控制面板右上角的綠色 “Preset”鍵恢復基本設定狀態(tài)，然后重新操作。

頻譜儀輸入端口的功率比較小，一般最高輸入功率不超過1W(30dBm)，所以遇到像對講機、短波電臺等大功率信號時，需要使用衰減器來將信號等比縮減后再輸入頻譜儀。最容易損壞頻譜儀的誤操作就是將功率過大的信號直接輸入頻譜儀，導致頻譜儀內部衰減器損壞。要知道中高檔頻譜儀價格昂貴，維修費用也非常高昂。對將頻譜儀用于對講機和小型短波電臺維修檢測的用戶，建議在頻譜儀輸入端口前串聯(lián)一個30~40dB的功率型衰減器。