认识频谱分析仪的规格 - 频谱分析基本原理：快速完成高效率测量

　　认识频谱分析仪的规格

　　使用频谱分析仪之前，请先瞭解其规格，确保该仪器能提供您需要的量测效能。确认了规格后，您便可预测分析仪在特定量测状况下的执行效能，以及量测结果的準确度。下面介绍主要的频谱分析仪规格：

　　˙频率範围

　　频率範围是分析仪量测某一段频率的範围。请确认您的频谱分析仪涵盖量测应用所需的基本频率範围，并且确认仪器是否支援高频的谐波或突波讯号，或是低频的基频与中频（IF）讯号。

　　˙频率準确度

　　˙频率範围

　　频率範围是分析仪量测某一段频率的範围。请确认您的频谱分析仪涵盖量测应用所需的基本频率範围，并且确认仪器是否支援高频的谐波或突波讯号，或是低频的基频与中频（IF）讯号。

　　˙频率準确度

　　˙解析度

　　频谱分析仪的解析度，是指仪器分辨两个一样大小之相邻讯号的能力。当RBW愈宽，就愈难分辨两个相邻的讯号。RBW滤波器的频宽大小，关係着分析仪是否能够分辨两个等幅讯号，例如滤波器频宽如为3-dB，则两个讯号之间的间隔必须大于或等于3-dB。

　　

图二 在此双音调（two-tone）测试中，两个相邻的讯号间隔10 kHz。

        当RBW=10-kHz时，要分辨两个大小一样的讯号并不难，但所产生的失真可能会被掩盖掉。如果RBW为3-kHz，选择性为15:1，就很容易出现这样的问题。在此案例中，量测所需的RBW为1 kHz，则两个大小差距60 dB的讯号，彼此间至少须间隔30-dB频宽，才能够分辨出较小的讯号

　　好在工程师所分析的讯号大小通常都不一样。由于两个讯号会同时描绘（trace out）滤波器形状（filter shape），因此较小的讯号可能会被掩盖在较大讯号的滤波器边缘。当讯号大小的差异愈大，出现这种情形的可能性就愈高，如图二所示。

　　RBW选择性即滤波器形状，它和相位杂讯，是决定两个不同大小之相邻讯号，是否可被清楚分辨的重要因素。将RBW设得愈窄，频谱分析仪的解析度就愈高，但这样却会拉长整体频率扫描时间，因为RBW滤波器需要一段时间来达到完全响应。具有自动耦合扫描时间的频谱分析仪，可依据选定的频距、RBW和VBW，来自动选择所允许的最快扫描时间。此外，不同的频谱分析仪，其扫描速度也各不相同。

　　˙灵敏度

　　接收器的灵敏度代表仪器在某些测试环境下能够接收微小讯号的能力。所有接收器（包括频谱分析仪）多多少少都会有一些内部产生的杂讯，而频谱分析仪的灵敏度以RBW设为最低时之显示平均杂讯位準（DANL）来表示，单位为dBm。

　　DANL亦即仪器在特定频宽下的杂讯位準。如果输入讯号低于杂讯位準时，我们就无法用频谱分析仪量这个微小讯号。一般而言，频谱分析仪的灵敏度约在-135 dBm到-165 dBm之间。如欲获得最佳灵敏度，请将RBW设为最低、充分进行平均处理、将射频输入衰减设到最小，并且使用前置放大器。不过提高频谱分析仪的灵敏度，可能会与降到失真或是增加动态範围等其他量测需求相衝突。

　　˙失真

　　叁阶交互调变与谐波失真等失真量测是惯用的元件特性分析方法，但需注意频谱分析仪本身也会产生失真，因而导致量测误差。如果频谱分析仪内部失真的程度与DUT之外部失真不相上下，量测误差便会增加。在最糟状况下，内部失真可能会完全盖过DUT的失真。仪器製造商可直接设定频谱分析仪的失真程度，或是与动态範围规格整併在一起。

　　

图叁 二阶失真会以基础讯号增量的平方增加，而叁阶失真则以立方增加。

        叁阶截断点（TOI）是评量频谱分析仪是否能够处理大讯号而且不会失真的指标。TOI较高的分析仪，通常可以提供绝佳动态範围与準确度，以便量测失真与杂讯

　　在进行量测之前，使用者须先确认分析仪产生的失真是否会影响量测结果。例如，在执行双音调测试时，指定仪器的失真产物（叁阶失真）大于50 dB，而二阶失真（谐波失真）大于40 dB。这些数值可作为分析仪必备的最低规格。为减少内部失真所导致的量测误差，内部失真必须比测试规格小很多。

　　图叁显示非线性元件的失真。为了确认失真到底是由分析仪内部所产生，亦或是DUT所导致，我们需进行衰减测试。首先将射频输入讯号衰减10dB，如果萤幕中失真产物的大小没变，那就可确定是DUT所产生的失真。但如果萤幕显示的讯号大小改变了，那么失真可能有一部分是讯号分析仪内部所产生的，而非完全是DUT所致。