頻譜分析儀使用攻略

隨著2.4GHz和5.8GHz頻段應(yīng)用的增多，通信信號(hào)使用頻率不斷提高，對(duì)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(dāng)時(shí)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(dá)到50GHz,很多實(shí)驗(yàn)室都將40GHz的頻譜儀作為標(biāo)準(zhǔn)配置。對(duì)于一些頻率很低信號(hào)的應(yīng)用也有對(duì)應(yīng)專(zhuān)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(hào)顯示的品質(zhì)高低更關(guān)系到分辨率、帶寬、頻率掃寬、動(dòng)態(tài)范圍、掃描速度、平均噪聲電平、相位噪聲、絕對(duì)幅度精度等指標(biāo)。分辨率、帶寬與頻譜儀對(duì)信號(hào)的解析能力有關(guān)，對(duì)于一些窄帶信號(hào)，使用高分辨率更容易展現(xiàn)信號(hào)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(dòng)態(tài)的頻譜儀有利于信號(hào)的顯示，并可以減小信號(hào)的失真，特別適合大小信號(hào)并存的情況。

頻譜儀的掃描速度與儀器硬件處理性能有關(guān)，掃描速度關(guān)系到信號(hào)顯示的實(shí)時(shí)性。絕大部分的頻譜儀都屬于掃頻型構(gòu)架，高掃描速度帶來(lái)高刷新率，這對(duì)于捕捉偶發(fā)的信號(hào)更為有利。高速掃描處理能力使得用戶有機(jī)會(huì)設(shè)置、使用更大的掃描帶寬和更精細(xì)的分辨率，同時(shí)頻譜圖刷新不至于太慢。對(duì)于需要檢測(cè)微小信號(hào)的應(yīng)用，就需要低噪聲的頻譜儀，這對(duì)儀器的放大器電路和頻率合成器以及基準(zhǔn)都提出了很高的要求。對(duì)于很多小信號(hào)的測(cè)量，并不是只需加個(gè)放大器那么簡(jiǎn)單。

作為附加和擴(kuò)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(lái)配合頻譜儀顯示兩端口網(wǎng)絡(luò)的頻幅特性，前置放大器主要用來(lái)顯示微小信號(hào)，多用在EMC/EMI中。在軟件上，主要是授權(quán)一些功能的開(kāi)放和附加測(cè)量功能的軟件。

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

在同等級(jí)技術(shù)水平下，臺(tái)式頻譜儀的性能無(wú)疑是最好的。目前高性能的頻譜儀和信號(hào)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(duì)復(fù)雜和瞬時(shí)信號(hào)進(jìn)行精密分析和對(duì)新型數(shù)字信號(hào)進(jìn)行測(cè)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(yīng)用。手持式頻譜儀提供尚可的性能，適合現(xiàn)場(chǎng)的快速檢測(cè)和高移動(dòng)性要求。

在業(yè)余電臺(tái)中的典型應(yīng)用

測(cè)量發(fā)射機(jī)的發(fā)射頻譜和帶外輻射是頻譜儀在業(yè)余電臺(tái)中的典型應(yīng)用之一。

理想的發(fā)射機(jī)發(fā)出的射頻信號(hào)應(yīng)該僅為工作頻率的信號(hào)，但實(shí)際上，由于電子電路的一些特性，發(fā)射機(jī)在輸出主射頻信號(hào)的同時(shí)還會(huì)輸出一些諧波，典型的情況就是會(huì)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(tái)，多多少少會(huì)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(ài)好者可以做一個(gè)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)，用一部對(duì)講機(jī)在145MHz上發(fā)射，同時(shí)在很近的距離用另一部對(duì)講機(jī)在435MHz頻率上接收(正好是2m波段對(duì)講機(jī)工作頻率的3倍)，一定會(huì)聽(tīng)到145MHz對(duì)講機(jī)發(fā)出的聲音，這就說(shuō)明存在倍頻諧波發(fā)射。諧波的發(fā)射如果不加以控制，會(huì)無(wú)意中干擾其他的通信和電子設(shè)備工作，所以發(fā)射機(jī)在功率放大器的后級(jí)都設(shè)有低通濾波器，以盡量抑制高次諧波的輸出。

國(guó)家對(duì)無(wú)線電設(shè)備的帶外發(fā)射有嚴(yán)格的規(guī)定，雜波散射也是無(wú)線電管理局對(duì)發(fā)射機(jī)強(qiáng)檢的必然項(xiàng)目。實(shí)際設(shè)備使用中，由于設(shè)備故障或者濾波器元器件老化等原因，都會(huì)引起發(fā)射機(jī)雜波增大。頻譜儀是檢測(cè)帶外發(fā)射的利器，通過(guò)頻譜儀的搜索功能可以檢測(cè)到發(fā)射機(jī)的帶外發(fā)射點(diǎn)以及每個(gè)發(fā)射點(diǎn)的輸出幅度。對(duì)于自制發(fā)射機(jī)和功率放大器的業(yè)余電臺(tái)愛(ài)好者，通過(guò)頻譜儀，能有效調(diào)整末級(jí)濾波器，將帶外輻射抑制到最小，同時(shí)將對(duì)主通信信號(hào)的影響降到最低。另外，在HAM自制電臺(tái)時(shí)，頻譜儀還能很方便地觀察頻率合成器輸出信號(hào)的純度。

有些具備跟蹤信號(hào)發(fā)生器的頻譜儀能夠測(cè)量?jī)啥丝诰W(wǎng)絡(luò)的頻幅特性，被很多業(yè)余電臺(tái)愛(ài)好者視為調(diào)整帶通濾波器和中繼臺(tái)雙工器的理想工具(當(dāng)然，使用矢量網(wǎng)絡(luò)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(duì)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(lái)比單一駐波比表要方便多了。

實(shí)戰(zhàn)操作

下文以業(yè)余無(wú)線電愛(ài)好者使用比較多的 Agilent ESA-L系列頻譜儀為例，介紹一下其簡(jiǎn)單的設(shè)置和使用。該款頻譜儀屬于目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)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(kāi)機(jī)預(yù)熱。E4403具有很強(qiáng)大的自動(dòng)測(cè)量功能，可以顯示頻率和信號(hào)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(dòng)測(cè)量信號(hào)幅度時(shí)會(huì)自動(dòng)加入運(yùn)算，省得用戶自己再做加減法。

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

第三步，設(shè)置掃描寬度，按下控制面板左上角“SPAN”長(zhǎng)條狀按鍵，然后直接輸入掃描帶寬即可。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)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(dòng)設(shè)定RBW/VBW.

第四步，設(shè)定參考電平幅度。按下控制面板左上角的“AMPLITUDE”長(zhǎng)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(diào)節(jié))，通過(guò)參考電平調(diào)節(jié)使得信號(hào)在頻譜圖上有較好的顯示。

E4403的詳細(xì)設(shè)定非常復(fù)雜，上面提到的只是最簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)設(shè)定。有時(shí)，做一些高級(jí)設(shè)定時(shí)會(huì)出現(xiàn)儀器表現(xiàn)異常的情況，此時(shí)可以按控制面板右上角的綠色 “Preset”鍵恢復(fù)基本設(shè)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(guò)1W(30dBm)，所以遇到像對(duì)講機(jī)、短波電臺(tái)等大功率信號(hào)時(shí)，需要使用衰減器來(lái)將信號(hào)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(guò)大的信號(hào)直接輸入頻譜儀，導(dǎo)致頻譜儀內(nèi)部衰減器損壞。要知道中高檔頻譜儀價(jià)格昂貴，維修費(fèi)用也非常高昂。對(duì)將頻譜儀用于對(duì)講機(jī)和小型短波電臺(tái)維修檢測(cè)的用戶，建議在頻譜儀輸入端口前串聯(lián)一個(gè)30~40dB的功率型衰減器。