什么是频谱分析仪？适用于需要射频测试的应用

频谱分析仪存在于许多实验室和其他需要测试仪器来测试和验证射频射频性能的区域。

频谱分析仪是广泛使用的测试仪器，适用于需要射频测试的应用：射频设计、通用电子电路设计、测试;电子制造;基础服务和维修，并越来越多地用于现场安装和服务。

基本示波器屏幕

在这些应用中，射频频谱分析仪能够有效了解电路、模块或系统的射频性能。

顾名思义，频谱分析仪，这种类型的测试设备提供有关信号频谱的信息。由于可以看到不同频率的信号，因此可以显示杂散信号以及当今复杂波形的频谱，以研究它们是否在不同频率的要求范围内。

随着无线通信的使用越来越多，频谱分析仪已成为射频设计工具箱的重要组成部分，并且越来越多地出现在电子电路设计的许多领域。

虽然频谱分析仪传统上是独立的台架测试设备，但机架式PXI、VXI或类似分析仪与USB频谱分析仪一起提供。即使是台式测试仪器也能够连接到计算机，以便它们可以被它们控制，并可以更详细地分析它们的结果。

什么是频谱分析仪？

显示波形的最常用测试设备是示波器。该测试仪器以所谓的时域显示信号，即振幅与时间的关系。示波器是任何射频设计或测试实验室的核心测试仪器之一，可以显示许多波形和电路性能。要分析的模块和设备。

示波器在纵轴上显示波形的幅度与水平轴上的时间关系 - 信号显示在时域中。

虽然这非常有用，但在测试射频电路和系统时，能够看到信号的频谱是很有用的 - 可以查看杂散信号的位置、带有调制的信号的宽度、是否产生噪声等方面。

查看信号频谱时，信号的幅度显示在纵轴上，频率显示在横轴上 - 信号显示在频域中。

通过观察不同频率的信号幅度，可以测量这些信号的幅度，找出存在哪些信号等。

频谱分析仪在频域中显示信号

通过这种方式，可以测量信号的频率，并检查其电平。由于许多现代无线通信信号占用宽带宽，因此可以测量信号带宽。

因此，频谱分析仪对于任何对涉及射频或射频信号的电路和系统进行测试和测量的人来说都是一个特别重要的测试设备项目。除此之外，频谱分析仪还可用于各种其他应用，包括音频分析等。

随着无线通信系统越来越多地使用，从Wi-Fi到移动电话和物联网上的远程无线传感器，以及雷达、传统无线电通信和许多其他应用，射频设计变得越来越重要。

显示射频信号频谱的典型频谱分析仪

频谱分析仪通常使用线性刻度来表示水平轴或 x 轴上的频率，但它们通常使用对数刻度来表示垂直轴或 y 轴上的振幅。通过使用对数或分贝标度作为振幅标度，可以看到振幅差异较大的信号。

在频谱分析仪上查看的信号可能相差 60dB、70 dB 或更多。使用对数刻度是在同一屏幕上查看这些信号的唯一方法。对于某些应用，可能需要使用线性振幅标度，并且通常有一个开关来实现这一点。

现代频谱分析仪具有很高的功能。由于大多数使用数字技术，因此不仅使用快速傅里叶分析（FFT）进行数字信号处理来完成信号处理，而且使用控制处理器控制前面板控件和显示器。这使得频谱分析仪能够整合许多功能，并包括大量的自动化例程。

显示器可以正常确定峰值信号，显示其频率和功率电平，或者它可以确定特定点的信号值，或第二个峰值的值等。这些功能以及许多功能在当今的测试仪器中很常见。

频谱分析仪的用途

当今的电子电路设计实验室将使用非常多的测试仪器。从简单的数字万用表到示波器、信号发生器等等，应有尽有。

频谱分析仪特别适用于与射频设计和测试相关的电子实验室。

在这些领域中，它们可以以其他形式的测试仪器无法提供的方式提供信号视图。这样可以深入了解电路射频方面的操作。

频谱分析仪可用于多种任务：

查看信号的频谱，可以看到如下项目：

调制信号的整体频谱，看看它是否足够宽或太窄等。如果它太宽，那么它可能会对相邻频道中的用户造成干扰。

调查是否存在任何杂散或不需要的信号。这些信号可能会对用户传输信号的其他频率造成干扰。

例如，找出信号是否在正确的频率上，而不是在另一个频段中。

调查信号的一般问题。通常，它可以帮助查看信号以了解问题所在。对于射频信号，频谱分析仪可以证明是调查人员的眼睛。

有时，频谱分析仪可用于测量功率，但功率计在某些情况下可能更适用。

有时可以使用频谱分析仪来测量频率，尽管频率计数器在某些情况下可能更适用。

频谱分析仪还可用于测量信号上的相位噪声。如果频谱分析仪本振上的位姿噪声通常比被测振荡器的位姿噪声高10dB，则可以实现这一点。这些测试仪器是测量相位噪声的最佳方法之一，前提是频谱分析仪本振具有足够低的相位噪声水平。

这些测试仪器的另一个应用是测量物品的噪声系数。尽管测试方法确实涉及多个阶段，但可以相对容易地进行。

频谱分析仪通常用于进行EMI和EMI（电磁干扰和电磁兼容性）测量。分析仪可用于定位可能导致问题的信号的频率和性质。

尽管射频频谱分析仪可用于许多射频测试，但下表总结了用于射频测试的不同类型的测试仪器及其典型应用。

测试设备类型频率测量强度/振幅测量应用

功率计NY射频功率计提供准确的总功率测量，但无法提供有关信号频谱的任何信息。

频率计数器YN频率计数器用于对信号中的主频率进行非常精确的测量

射频频谱分析仪YY主要用于显示射频信号的频谱。也可用于进行功率和频率测量，但不如专用仪器准确

射频矢量网络分析仪YY矢量网络分析仪（VNA）测量射频设备的特性。它们查看设备上的各个端口，并提供有关端口阻抗和通过设备的传输的信息。

频谱分析仪关键主题

有几个关键主题与射频频谱分析仪及其使用有关。

频谱分析仪类型：有几种不同类型的频谱分析仪可以购买和使用。每种类型都有自己的特点：性能和成本可以平衡，为任何应用提供最佳选择。

较旧的类型通常基于超外差原理，将接收器扫描到一个频带上并注意输出。更现代的频谱分析仪使用快速傅里叶变换 FFT，将信号从模拟格式转换为数字格式，然后使用傅里叶分析来监测符号。

还有实时频谱分析仪。这些仪器基于与FFT频谱分析仪相同的概念，但这些测试仪器使用时间重叠样本来确保不会丢失瞬态。尽管内部更复杂，但由于它们需要能够适应非常快速和重叠的采样，因此它们确保可以看到所有信号。它们通常对于解决当今为各种形式的无线通信生产的非常复杂的设备的一些问题至关重要：5G;Wi-Fi等。。

测试仪器的格式也有所不同。标准盒式仪器被广泛使用，它们不仅提供手动控制，而且还通过许多不同的接口（包括以太网、USB 和 GPIB）提供远程操作。

此外，还提供机架式频谱分析仪选项。VXI 是 早期 的 机架 系统， 但 如今 PXI 的 应用 更 为 广泛。PXI 基于 PCI 系统， 已 适配 用于 仪器 仪表。控制器或接口位于一个插槽中，其余的用于测试仪器。控制器可以控制系统，或者更通常地与计算机相连。这种类型的方法非常适合对在计算机控制下测试系统所需的一组测试仪器进行计算机控制。

另一种方法是使用USB频谱分析仪。这些USB频谱分析仪在一个小盒子里具有分析仪的主要功能，但它通过USB电缆连接到PC，因此它可以使用显示、控制和控制处理，并且通常使用PC的电源来降低成本，同时通常保持性能水平。一些 USB 频谱分析仪能够以相当合理的成本提供非常高水平的性能。

频谱分析仪规格：在选择射频频谱分析仪时，有必要了解其规格及其含义。频谱分析仪的性能有许多不同的规格，有必要了解它们的含义以及它们如何反映到测试仪器的实际性能中。

在选择频谱分析仪时，需要考虑许多规格。各种规格涵盖了其性能的各个方面。频率覆盖范围：顶部和底部频率显然很重要，频率和幅度精度也很重要。相位噪声是另一个关键问题，因为许多这些测试仪器通常需要能够测量其他设备的相位噪声性能，并且要实现这一点，它们的性能需要优于被测产品的性能。

在进行和选择时，需要考虑性能的许多其他方面，包括可用的设施。

射频频谱分析仪是任何射频工程师必不可少的测试设备，无论是用于射频设计、通用电子电路设计、电子制造、服务、维修和一般射频测试。

虽然频谱分析仪通常是昂贵的测试仪器，但它们偶尔可以在二手市场上买到，这将使热情的射频实验人员和无线电爱好者能够使用它们。

除此之外，一些USB频谱分析仪提供了非常高的价值水平，因为它们使用PC的元素进行显示和输入控件。通常，大多数信号分析由USB频谱分析仪本身的FPGA进行，这意味着可以以更合理的成本获得高水平的功能和性能。

频谱分析仪也可以以机架安装形式获得。VXI 和 PXI 频谱 分析 仪 可 以 使用 这些 机架 系统。

频谱分析仪是射频测试和射频设计实验室中使用的测试设备中必不可少的项目，它们被广泛使用，但通常不会在这些环境之外找到它们，尽管音频分析仪用于某些特定测试。

审核编辑：黄飞