2021年03月26日 | 频谱分析仪是什么？频谱仪常见问题解答

频谱分析仪是什么？

频谱分析仪和信号分析仪这两个术语往往可以互换使用，不过两者在功能和能力上还是有一定区别。当今的分析仪可进行更全面的频域、时域和调制域信号分析，用“信号分析仪”来描述更为准确。

• 频谱分析仪：测量在仪器的整个频率范围内输入信号幅度随频率进行变化的情况。其最主要的用途是测量已知和未知信号的频谱功率。

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• 矢量信号分析仪：测量在仪器的中频带宽内输入信号在单一频率上的幅度和相位。其最主要的用途是对已知信号进行通道内测量，例如误差矢量幅度、码域功率和频谱平坦度。

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• 信号分析仪：同时执行频谱分析仪和矢量信号分析仪的功能。

频谱分析仪常见问题解答：

• 什么是频谱？

正确的回答是：频谱是一组正弦波，经适当组合后，形成被考察的时域信号。图 1-1 显示了一个复合信号的波形。假定我们希望看到的是正弦波，但显然图示信号并不是纯粹的正弦形，而仅靠观察又很难确定其中的原因。

图 1-2. 信号的时域和频域关系

图 1-2 同时在时域和频域显示了这个复合信号。频域图形描绘了频谱中每个正弦波的幅度随频率的变化情况。如图所示，在这种情况下，信号频谱正好由两个正弦波组成。现在我们便知道了为何原始信号不是纯正弦波，因为它还包含第二个正弦分量，在这种情况下是二次谐波。既然如此，时域测量是否过时了呢？答案是否定的。时域测量能够更好的适用于某些测量场合，而且有些测量也只能在时域中进行。例如纯时域测量中所包括的脉冲上升和下降时间、过冲和振铃等。

• 为什么要测量频谱？

频域测量同样也有它的长处。如我们已经在图 1-1 和 1-2 看到的，频域测量更适于确定信号的谐波分量。

在无线通信领域，人们非常关心带外辐射和杂散辐射。例如在蜂窝通信系统中，必须检查载波信号的谐波成分，以防止对其他有着相同工作频率与谐波的通信系统产生干扰。工程师和技术人员对调制到载波上的信息的失真也非常关心。

三阶交调（复合信号的两个不同频谱分量互相调制）产生的干扰相当严重，因为其失真分量可能直接落入分析带宽之内而无法滤除。

频谱监测是频域测量的又一重要领域。政府管理机构对各种各样的无线业务分配不同的频段，例如广播电视、无线通信、移动通信、警务和应急通信等其他业务。保证不同业务工作在其被分配的信道带宽内是至关重要的，通常要求发射机和其他辐射设备应工作于紧邻的频段。在这些通信系统中，针对功率放大器和其他模块的一项重要测量是检测溢出到邻近信道的信号能量以及由此所引起的干扰。

电磁干扰（EMI）是用来研究来自不同发射设备的有意或无意的无用辐射。在此我们关心的问题是，无论是辐射还是传导（通过电力线或其他互导连线产生），其引起的干扰都可能影响其他系统的正常运行。根据由政府机构或行业标准组织制定的有关条例，几乎任何从事电气或电子产品设计制造的人员都必须对辐射电平与频率的关系进行测试。

图 1-3. 发射机的谐波失真测试

图 1-4. GSM 无线信号和频谱辐射模板显示出无用辐射的极限值

图 1-5. 射频功率放大器的双音测试

中对照 CISPR11 限制值的信号辐射测量结果

我们经常需要对噪声进行测量。任何有源电路或器件都会产生额外噪声。通过测量噪声系数和信噪比（SNR）能够描述器件的性能及其对总体系统性能的影响。

• 为何需要镜像频谱？

镜像频谱可以在下载时反转波形的频谱。该功能适用于配有外部上变频和下变频的系统，因为变频过程会反转信号的频谱。

• 当我将清晰信号应用到射频输出端时，为什么我的频谱分析仪间距中发现了杂散信号？

过度激励分析仪的输入混频器可能会导致杂散信号。大多数频谱分析仪（尤其是使用谐波混频扩展调谐范围的分析仪）都拥有二极管混频器。将用于创建中频信号的LO与该二极管混频器中的输入信号相结合时，创建内部失真。为多种混频器输入电平规定第2个和第3个失真产品。针对您的频谱分析仪，可参阅校准指南或规范指南中的动态范围曲线。无杂散动态范围取决于混频器中的输入电平。关于动态范围更详细的信息，请参见 频谱分析基础知识、应用说明150。

深入了解动态范围图表非常重要，但简单测试可以确定显示的杂散信号是否是一个内部生成的混合产品还是输入信号的一部分：修改输入衰减。衰减器是射频输入和第一个混频器间的唯一一个硬件。在杂散信号上做出标记并提高输入衰减。如果标记值没有改变，那么杂散信号就属于外部信号。而如果标记值改变，信号就是内部信号或者是内外部信号的总和。继续增加衰减，直到标记值不再改变，再开始测量。这一点就是优化第一个混频器输入电平的最佳值，因为此时所做的测量内部失真最低。一般来说，需要测量的动态范围越广，第一个混频器的输入电平就应该越低。

屏幕图像下端的黄色迹线表示在输入混频器被过度激励时的内部失真。衰减为零。蓝色迹线表示当衰减设置为10 dB时，杂散信号所减少的电平。

• 如何在频谱/信号分析仪记录中更快地找到需要的信息？

如果我的信号分析仪记录非常长，有时很难找到感兴趣的区域。虽然现在还没有真正的好办法可以解决这个问题，但是我们可以提供一些建议。

如果您能够再次进行记录，那么可通过“TraceMax 保持”运行记录，找到感兴趣的信号，然后使用 Frequency MaskTrigger 在另一个记录会话中有选择地储存迹线。

通过频谱图运行记录，由于迹象可以在屏幕上（以捕获颜色过渡的眼图形式）显示较长时间，而频谱图可以减缓回放速度，因此可以更加凸显这种优势。

• 如何使用电脑上的VEE软件远程操作频谱分析仪将屏幕图像导入文件？

附带的VEE程序显示了如何将频谱分析仪上的屏幕图像导入文件中。如欲进一步了解这些分析仪所带的转移屏幕图像程序和其他选件信息，请参见所附的自述文件。

如果您没有安装VEE，您可以申请或下载该软件的评估版本： Keysight VEE Pro
如果您正在使用另一种编程环境，但是打算查看VEE程序中所使用的命令，请参见所附的SA_ScreenCapture.gif?imageView2/2/w/550 文件。

• 在频谱图和频谱模式下，手持式频谱分析仪是否具有记录/回放功能？信号是否可以记录到 U盘上？

适用于手持式频谱分析仪的选件 SIM 支持频谱图记录和回放功能。数据文件可以存储到 U 盘上并且随后进行回放。

• 是否有不同类型的频谱分析仪？

有两类频谱分析仪，类型由获取信号频谱所使用的方法决定。扫描调谐频谱分析仪使用超外差式接收机对一部分输入信号频谱进行下变频（使用电压控制振荡器和混频器），达到带通滤波器的中心频率。采用超外差式体系结构的电压控制振荡器在一系列频率上进行扫描，支持仪器完整频率范围的假设。快速傅立叶变换（FFT）分析仪计算离散傅立叶变换（DFT），这个数学过程可将输入信号的波形转换成其频谱分量。

• 频谱仪的校正是否适用于频率和幅度偏置？

适用，但整个信号带宽内的幅度平坦精度由频谱分析仪平坦精度决定。无外部频率转换，信号源连续波幅度精度可用于在关注的信号带宽内校准频谱分析仪。

• 我何时应使用台式频谱分析仪而不是手持式频谱分析仪？

台式频谱和信号分析仪提供卓越的技术指标和测量应用软件，而手持式频谱分析仪更适合现场工程师使用。

• 我能用手持式频谱分析仪测量 VSWR、回波损耗和 DTF 吗？

可以，配有选件 CA7 和 TG7 的 HSA N9342C 手持式频谱分析仪支持测量 VSWR（电压驻波比）或 DTF（故障点距离）。顺便说一句，FieldFox 系列手持式综合分析仪标配了 VSWR 和 DTF 测试功能。

• 频谱分析仪能否得到实时结果？

可以，实时频谱分析仪使用了混合方法，即首先使用超外差技术将输入信号下变频到较低频率，然后使用 FFT 技术对其进行分析。了解实时频谱分析仪

https://www.keysight.com/cn/zh/products/spectrum-analyzers-signal-analyzers/real-time-spectrum-analyzers.htmlwww.keysight.com

• 频谱分析仪在零扫宽能够测得的最快脉冲上升时间是多少？

测得的上升时间一般不会超过频谱分析仪的最佳上升时间。分析仪的上升时间由下面这个公式来确定：
Tr = 0.66/max RBW
其中RBW为分辨率带宽。
例如，在 PSA (E4440A、E4443A、E4445A、E4446A或E4448A)中，RBW最大值为8 MHz。因此，最快的上升时间为：
0.66/8 E6 = 82.5 nS
然而，RBW过滤器带宽误差为± 15%，额定值（中心频率= 3 GHz），因此上升时间范围在71.7 nS到97 nS之间。
参见具体频谱分析仪的技术资料或规范指南。

• 手持式频谱分析仪是否提供时间选通频谱分析？

是，用于手持式频谱仪 的选件 TMG 提供时间选通频谱分析功能，可使用内部或外部触发信号分离这些随时间变化的信号，测量从时域中分离出来的频域信号。

• 如何使用手持式频谱分析仪进行场强测量？

每个手持式频谱仪产品都支持场强测量。

• 我能否使用频谱分析仪对信号进行解调？

通过将频谱分析仪或信号分析仪与 Keysight 89600 VSA 灵活调制分析软件或测量应用软件结合使用，您能够解调广泛的标准和通用数字信号与制式。

PathWave 矢量信号分析软件（89600 VSA）www.keysight.com

• 是德提供什么类型的频谱分析仪？PathWave 矢量信号分析软件（89600 VSA）是德提供什么类型的频谱分析仪？

是德科技 (Keysight Technologies) 提供广泛的信号分析仪产品，包括扫描调谐和 FFT 频谱分析仪、频谱分析仪软件和频谱分析仪测量应用软件。

• 是德科技频谱分析仪产品覆盖什么频率范围？

是德提供从直流至 50 GHz 的多种频谱分析仪和信号分析仪产品，使用外部混频器可扩展到 325 GHz。

• 是否可以将频谱分析仪当做网络分析仪使用？

是的，有2种方法可将频谱分析仪当作网络分析仪使用，但是都只能进行标量测量
方法1：使用频谱分析仪内置的跟踪信号源。大部分是德频谱仪可以加装这个选件。如果要测量反射系数，则还需要一个定向耦合器去采集反射功率。

方法2：使用独立的源。如需要可配上耦合器。前提是频谱仪的扫描速度要快过信号源的扫描速度。但这种方式通常不被推荐，因为它的准确性较低。

对于校准，可用到的方法是归一化的方法。这种方法把接收机和源的频率响应移除。然而，矢量网络分析仪采用更强大的误差校准技术，还可以消除不匹配和交调带来的的影响。这就意味着，一般来讲，和频谱分析仪方法相比较，网络分析仪可以进行更准确的测量。

• 怎样使用频谱分析仪、前置放大器和信号发生器测量噪声系数?

只用频谱分析仪和前置放大器，就能作许多噪声系数测量。只需用频谱分析仪、前置放大器和信号发生器，就能覆盖被测器件的频率。这种方法的精度低于需要经校准噪声源的Y因素技术，与所关注频率的分析仪幅度精度相当。具体测量步骤为：

1. 把信号发生器和频谱分析仪设置为所测噪声系数的频率，测量器件的增益。把该值标为Gain(D)。

2. 同样方法测量前置放大器增益。把该值标为Gain(P)。

3. 断开频谱分析仪的任何输入，把输入衰减器设置为0dB。前置放大器输入没有任何连接。把它的输出接到频谱分析仪输入。在作这一连接时，您会看到分析仪显示的平均噪声级的增加。

4. 把被测器件的输入接至其特性阻抗，把输出接到前置放大器输入。此时分析仪显示的噪声级应增加。

5. 把频谱分析仪视频带宽（VBW）设置为分辨率带宽的1%或更低。按标记功能（MKR FCTN）键，然后按Noise Marker On软键。把标记放置在所要测噪声系数的频率上。读以dBm/Hz为单位的标记噪声功率密度读数，把它标为Noise(O)。

6. 然后计算被测器件的噪声系数NFig：NFig = Noise(O) - Gain(D) - Gain(P) + 174 dBm/Hz

要了解更详细的情况，请参看应用指南5952-8255“噪声系数测量”和5966-4008E“用频谱分析仪进行噪声测量”。

• 如何升级频谱/信号分析仪？

是德科技系列频谱分析仪和信号分析仪提供广泛的升级途径。某些升级需要使用测量应用软件进行特定的一键式测量，而另外一些升级则需要使用额外的硬件。在对这些产品进行升级之前，您应考虑以下问题：

• 升级选件可以由用户安装，还是由是德科技服务中心安装？

• 升级选件是否需要使用特殊的测试设备和软件进行调整或性能测试？

• 升级选件是否会与当前仪器中存在的其他选件发生冲突？

• 升级选件是否需要许可证密钥来激活功能？

点击以下链接，可以找到这些问题的答案和其他更详细的信息，以确保您成功升级频谱/信号分析仪：

https://stg7-edadocs.software.keysight.com/tsfaqs/%E5%A6%82%E4%BD%95%E5%8D%87%E7%BA%A7%E9%A2%91%E8%B0%B1-%E4%BF%A1%E5%8F%B7%E5%88%86%E6%9E%90%E4%BB%AA%EF%BC%9F-546800070.htmlstg7-edadocs.software.keysight.com

• 我的频谱仪/信号分析仪为什么不能正确显示脉冲型信号？

GSM 信号是脉冲型信号。如果 Sweep Acquisition（扫描采集）设置为 Auto（自动），可能会遗漏这些信号。我们推荐针对 GSM 信号，将 Sweep Acquisition 设置为 50 或 100。更详细的信息，请参见用户指南的“频谱分析仪模式”章节的“扫描采集”部分。
这种方法还适用于其他脉冲信号格式：TD-SCDMA、WiMAX。

• 手持频谱仪使用选件 INM，可以在一个频谱图文件中保存多少个帧？频谱监测容量能否提高？

手持频谱仪 频谱图只能在一个文件中记录 1500 个帧。这个限制是源于存储器容量和保存文件之间的时延。
在一个文件中记录 1500 个帧以后，N9340B 将把这个文件保存到存储器，然后自动生成一个新文件并继续记录数据。如果将大容量 USB 存储器插入 N9340B，该仪器可以继续记录数据。N9340B 将保存多个文件，每个文件 1500 帧。请了解新一代是德频谱分析仪产品。

• 如何使用手持式频谱分析仪获取 GPS 信息？

对于 N9342C、N9343C 和 N9344C 型号
按下 [Shift] ->
[System Mode] ->
{More 1 of 2} ->
{GPS} ->
{GPS on} and {GPS Info on}。
注：N9342C 只能测试室外的纬度和经度，因为 GPS 接收机无法接收室内的 GPS 信号。

• 频谱检测软件 -一套用于频谱监测、干扰分析、信号识别和地理定位的综合工具

自动频谱监测、信号拦截、采集和分类软件。
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适用于干扰侦测、识别、定位和报告。