使用频谱分析仪检测电路信号质量

频谱分析仪有许多功能，能察觉元件在电路中的变化，分析其频率响应来说明电路特性；也能测量信号强度，对信号失真有帮助；也能测量频率占有率，防范邻近信号干扰；并且是兼具计频器与功率计的仪器。

日常生活里充斥频谱(Spectrum)的概念，各种不同频率信号以机率分配方式存在。在一般时域分析(Time-domain Analysis)中，很容易从时间轴上观察到任何信号波形变化事件，只要用示波器测量，就能看出任何具有时间函数的电子信号事件的瞬间物理量。

频谱分析仪的发展起源，从早期通信系统上频率测量开始，为实现以频率为基准点，在频域上检测信号而研发的仪器，广泛用于测量通信系统的各种重要参数，如平均噪声位准(Average Noise Level)、动态范围(Dynamic Range)、频率范围(Frequency Range)等。此外还可用在时域测量，如测量传输输出功率等。从功能面看，一般计频器只能测量信号频率，功率计能测量信号功率，频谱分析仪可视为兼具计频器与功率计的测量仪器(表1，*：指模拟解调)。

频谱分析与时域分析相辅相成

如要理清信号特性，除使用示波器从时域(Time Domain)观察信号外，需从频率的角度，简称频域(Frequency Domain)去分析信号。用示波器观察信号无法一窥全貌，只能看到组成后的波形。法国数学家傅立叶(Jean-Baptiste-Joseph Fourier)认为，任何时域上的电子信号现象，皆由多组适当的频率、振幅与相位的弦波信号(Sine Wave)组成。因此，任何有适当滤波功能的电子系统，必可将信号波形分解成多个分别不同的弦波或频率，不同弦波则由其所具有的振幅与相位来决定信号特性。换言之，借由这种组成分析，可将弦波信号由时域转为频域。

对无线射频(RF)与微波信号而言，不加入分析要素时，保留相位信息往往会使转换过程变得复杂，因此要设法隔离相位信息。当分析周期性信号时，通过傅立叶诠释能了解，在频域中个别组成弦波之间的距离单位为频率(f)或1/T(T是弦波信号的周期)。由时域转换至频域，必须对信号进行连续性计算，一般进行信号观察，只以一小段时间范围内特性来概括全貌。运用傅立叶变换(Fourier Transform)，能从频域观点转换至时域空间思考，不过要先把沿着频率轴范围的频谱与个别成分之相位计算出来。例如，要将一个时域中的方波转换到频域后，再反转换回时域时，往往因相位参数未加以保留，而产生锯齿波失真。

时域中任意信号，必为一群弦波信号的线性组合信号或合成信号，如图1所示，频谱的频域象限中呈现的弦波信号特性，可用振幅与频率来表达，而非纯弦波波形的信号，包含二次谐波(Second Harmonic)组成信号。虽然如此，但频谱分析(Spectrum Analysis)并不能完全取代时域分析；后者在大部分信号测量仍占有一席之地，且能提供信号脉波的上升与下降时间、信号过冲与振荡现象等。所以，频谱分析与时域分析可视为相辅相成的方法。

图1 时域与频域的差异

RF电路中可能有放大器(Amplifier)、振荡器(Oscillator)、混频器(Mixer)、滤波器(Filter)等电路元件，单纯用示波器来看，无法察觉这些元件在电路中的变化，此时必须使用频谱分析仪，分析其频率响应来说明电路的特性。

频域中有对应的信号强度可测量，所以频域分析是找出待测信号各谐波成分的最佳解决方法，尤其对通信工程人员最重视的谐波失真分析有重要贡献。例如，在无线电话系统中的载波信号上，必须常检查其他系统的谐波干扰是否造成信号失真，而影响到通话质量的情况。此外，通信工程人员也关心载波信号上的调变信号失真程度。如发生交互调变现象所产生的失真成分，往往落在所攸关的带宽中难以滤除。

频谱的占据率，也是在频域分析上一种重要测量。为了防范邻近频率信号干扰，针对调变信号所进行的展频动作，往往是基于有效规范各种发射频谱之带宽的考虑。各式各样通信电子产品的普遍使用下，造成不必要的电磁信号无所不在，成为电磁污染源。而电磁干扰是一种频谱的占据现象，无论是辐射式或传导式电磁干扰，都会造成其他电子系统在操作运转上的损害，因此电子或电器产品制造厂商，都必须依据电子电器商品相关法令规范，来进行电磁辐射测试，才能上市。

频谱分析仪种类各有千秋

频谱分析仪分两类，实时性(Real Time)频谱分析仪(SA)与扫描调谐(Sweep Tuned)频谱分析仪。

SA能立即把信号滤出来，使用许多平行架构的滤波器来分布在所有的带宽范围中，信号一经输入之后能马上表示(图2)，为实时性频谱分析仪的架构。实时性频谱分析仪能立刻将信号滤出，滤波器的带宽可以依照不同的跨度(Span)来作调整与改变，不过这类型