使用频谱分析仪检测电路信号质量

率分辨率(Frequency Resolution)，是谱分析仪对于一些率相隔很近之信号区分的能力。决定此分辨率有两个因素，一是中放大器的带宽(Bandwidth)或选择性(Selectivity)；另一个为谱分析仪本身的率稳定度(Stability)，此稳定度决定于率漂移(Drift)、残余的FM信号(Residual FM)，以及本地振荡器上面的噪声大校

频谱分析仪的扫描速度太快，会导致扫描灵敏度的衰检(Sweep Desensitization)，将造成振幅、选择性与分辨率的损失，可通过以下方法改善：当扫描信号被维持在中频滤波器的带宽，而有够长时间允许信号幅度在滤波器建立一个适当值时，只要扫描的速度(Hz/s)不超过中频滤波器3dB带宽的平方，就能避免扫描灵敏度的衰减。

衡量最微弱信号检出的能力称为灵敏度。最大灵敏度是由频谱分析仪内所发生的噪声来决定。通常内部的噪声分成两种，热噪声与其他噪声。热噪声的电功率为：

PN=杂音电功率(KTB)
K：Boltzman Constant(1.38 x 10-23Joul/oK)
T：绝对温度
B：用Hz表示系统的带宽

由此可知噪声大小与带宽成比例，因此当带宽下降1/10时，噪声水平(Noise Floor)会减少10dB，灵敏度也改善10dB。

理清基本参数定义

频谱分析仪几个基本设定参数，如图6所示。频率显示的范围，可以经由设定开始频率和截止频率，也就是频率的最大值与最小值，或者也可以设定想要的中心频率，再设定所要展开的带宽；位准显示范围有助于最大位准的显示与间距；当频谱分析仪以外差式原理来操作，频率的分辨率是由IF滤波器的带宽来设定的，也就是上面所提到的RBW。扫描时间(Sweep Time)主要针对外差式的频谱分析仪设定，指纪录所要全部频率范围所需时间。如果希望得到较小的解析带宽，扫描时间会变长。

图6 频谱分析仪示意图

频谱分析仪RF输出端，通常有两种不同的接头，BNC头跟N-Type头(图7)两种。BNC接头通常能测试范围较小，且通过BNC测试出来的高频部分较易产生误差，所以现今的高频测试仪器，几乎都以N-Type接头为主。

图7 频谱分析仪RF端测试接头N Type接头

在测试系统中有各类型接头做测试。除N Type、BNC接头外，还有SMA接头、F接头等常见的接头。SMA接头常用在高频测试或者电路板连接部分，F接头较常使用在有线电视系统，或在AV信号。其他还有像是TNC接头、M接头、UHF接头等接头，较常在无线电系统中被使用。这些类型的接头虽然在RF通信系统中并不常用，但是在测量某些特殊规格或者测试过程中，还是有可能用到。

线材的分类是以信号衰减量、阻抗值、导体材料等单位来区分。常见RF线材RG223、RG316等，较常使用在高频通信上；RG58、RG59等较常用在低频测试上。RF部分的测量，常以RG316线材作测试线材。

不同待测物/信号可变化各式测试方式

频谱分析仪应用非常广，依照不同待测物、不同信号即可变化出各式各样的测试方式。傅立叶变换，是目前十分重要且广泛应用于各行业的数字信号分析技术，当仪器测量所得的信号为时间-振幅的数据时，可以用傅立叶变换将此一信号转换为频率-振幅，来进行此一信号的频率特性分析。

傅立叶积分的定义为：

满足狄里赫利条件的周期信号，可展开成对应的数学式为：

其中

式中a0、an、bn为傅立叶系数；T0为周期，也就是信号基频成分的周期；为信号的基频，nW0为次谐波。

正弦波、方波、三角波等的频谱，如图8、9、10所示，使用信号源输入到频谱分析仪中，即可验证各波形的频谱变化。

图8 正弦波信号与频谱

图9 方波信号与频谱

图10 三角波信号与频谱

谐波测量也是一种测量方式，任何的信号都会有所谓的谐波效应，比较不同的是电路的设计将谐波效应抑制下来，如使用一台信号源送入100MHz信号，在其N倍频下通常能看到其谐波的信号(图11)。

图11 主波与谐波表示图

另外，在频谱分析仪上装设天线，可以接收到天线响应范围内信号，如电台信号、无线电信号、手机信号等。如图12所示，在接收范围内有125MHz、700MHz、1GHz等信号出现，在频谱仪上就可清楚接收。

图12 通信监测示意图

再来是相位噪声测试。理想信号在频谱分析仪上可用一条垂直线代表，换言之，只有在此频率上才有信号功率值，在信号的左右完全没有功率。但真实世界中，因物理特性关系，不可能有如此完美的信号存在，如图13所示。一个信号除本身频率外，还会有残留功率在附近，称为相位噪声。

图13 相位噪声表示图

信道功率是以设定信道宽度大小的带宽测定，并计算其中的总功率值。如信号带宽设定1MHz(即中心频率左右各500kHz)，通道功率就以这范围来测量整个带宽中的总功率。换言之，如果带宽设定在100kHz，那通道功率就会以100kHz内的总功率来计算