頻譜分析儀是射頻微波應用領域常用的測試儀表，通過頻譜儀的測試，可以得到信號很多重要的性能參數，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功能，就可以實現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!

現在我們就來了解下頻譜分析儀的來龍去脈和技術能力吧!頻譜分析儀簡稱SA(Spectrum Analyzer),現在隨著技術的發展，SA的內容又變成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置的頻率范圍內進行掃描，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，能在毫秒的時間內掃頻26G頻率的范圍。

掃頻式方法是頻譜儀最早采用的技術，現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目，掃頻頻譜儀只能定量測試穩定或周期出現的信號。

矢量信號分析儀(VSA： vector signal analyzer)也是經常聽到的一種測試儀表，其實VSA是隨著數字信號處理技術發展而出現的信號測試新技術，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，FFT能獲得分析帶寬內整個的頻譜信息，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，比如由于采用數字濾波來完成RBW的分辨濾波器，濾波器的矩形系數能大大降低，從而提高了頻譜分析儀測試的動態范圍和分辨率。

圖：數字濾波器對頻譜分析性能的提升

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

圖：VSA提供的信號解調功能

照相機兩次快門按下的中間間隙是無法拍照的，VSA在進行連續兩次FFT的中間也無法進行信號測試，這樣對出現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)的出現就解決了這個問題，RTSA通過硬件來完成數字信號處理，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，現在先進的RTSA能對大約出現超過3ns的信號進行發現和捕捉。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，功率等參數是變化的，而且是無規律的變化，最典型的瞬變信號就是常見的無線寬帶wifi信號，wifi設備發射的信號是一會有，一會沒有的突發信號，信號的頻率也是在頻段內幾個頻點切換跳變。你可以使用任何一臺普通的頻譜儀設置到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和頻譜處理，全局信號分布和每個信號的細節參數測試同步完成，相信這樣的功能能幫助技術工程師更好、更快地完成信號的測試任務。

圖：寬帶RTSA完成多信號同步分析

審核編輯：湯梓紅