頻譜分析儀是干什么用的？

頻譜分析儀：洞察信號頻譜的神奇之眼

在現代科技的廣袤領域中，頻譜分析儀是一種具有非凡意義的儀器。它宛如一位敏銳的“信號偵探”，為我們揭開信號中隱藏的頻譜奧秘。

普源頻譜分析儀為您提供完善的信號分析解決方案：

一、揭開信號頻率的神秘面紗

在我們的生活中，信號無處不在。從簡單的音頻信號到復雜的無線通信信號，每個信號都像是一個由不同頻率音符組成的交響樂。頻譜分析儀的首要任務就是將這個“交響樂”分解，清晰地呈現出其中各個頻率成分的信息。

例如，當我們收聽廣播時，電臺發送的信號包含了載波頻率以及疊加在其上的音頻信息。頻譜分析儀可以準確地指出載波頻率的位置，以及音頻信號所占據的頻率范圍。這就好像把一首混合在一起的歌曲中的不同樂器的聲音分離開來，讓我們清楚地知道每個樂器在演奏什么音符。對于更復雜的無線通信信號，如用于手機通信的 5G 信號，它能解析出其中眾多的頻段、信道和各種調制信號的頻率分布，幫助工程師理解信號是如何構建和傳輸的。

圖一：時域分析與頻域分析

二、通信領域的得力助手

（一）保障通信信號質量

在無線通信系統中，頻譜分析儀扮演著至關重要的角色。對于基站來說，它可以用來監測發射信號的頻率是否準確。如果基站發射的信號頻率出現偏差，就像火車偏離了軌道，會導致手機等接收設備無法正常接收信號。通過頻譜分析儀的精確測量，可以及時調整基站發射機的參數，確保信號在正確的頻率上發送。

圖二：20KHz方波頻譜測量

同時，它還能檢測信號的功率。功率過大可能會對其他通信系統造成干擾，功率過小則可能導致通信范圍縮小或信號接收不良。例如在 Wi-Fi 路由器的設置中，工程師可以使用頻譜分析儀來優化發射功率，以實現最佳的覆蓋范圍和最小的干擾。此外，頻譜分析儀還能發現信號中的噪聲和干擾源。當通信出現問題時，比如通話中斷或網絡速度慢，它可以幫助確定是否有外部干擾，如附近其他無線設備發出的干擾信號或者電子設備產生的電磁噪聲，從而采取相應的措施，如更換信道或者采取屏蔽措施。

圖三：測量信號幅度

（二）助力通信設備研發

在研發新的通信設備時，頻譜分析儀是工程師的“好伙伴”。在設計射頻電路的過程中，它可以用來測量電路的頻率響應。例如，對于一個射頻放大器，通過頻譜分析儀可以觀察到放大器對不同頻率信號的放大倍數。如果在某些頻率上放大倍數不符合設計要求，可能是電路中的元件參數不準確或者存在寄生參數影響。工程師可以根據頻譜分析儀的測量結果對電路進行調整，如更換晶體管、調整電容或電感的值。

圖四：頻率響應測量

對于調制解調器等復雜通信設備的研發，頻譜分析儀能夠分析調制信號的質量。它可以顯示調制信號的邊帶結構，通過觀察邊帶的對稱性和幅度，可以判斷調制的準確性。如果邊帶出現不對稱或者額外的雜散信號，可能意味著調制過程存在問題，比如調制電路中的非線性失真，這就需要對調制算法或者電路硬件進行改進。

三、電子設備檢測與優化的“法寶”

（一）天線設計調試

在無線通信基站的建設中，工程師需要確保天線的駐波比在規定范圍內，以保證信號的有效傳輸。使用頻譜儀對基站天線進行駐波比測試，可以及時發現天線安裝過程中可能出現的阻抗不匹配問題，如天線與饋線連接不良、天線自身損壞等情況。通過調整或更換天線部件，使駐波比達到最優，從而提高整個基站的通信質量。

天線駐波比是反映天線系統性能的關鍵指標之一。簡單來說，它描述了天線與傳輸線之間的阻抗匹配程度。當信號從傳輸線傳輸到天線時，如果兩者阻抗匹配良好，信號就能高效地從傳輸線傳輸到天線并向外輻射；反之，若阻抗不匹配，部分信號會在天線和傳輸線的連接處反射回來，形成反射波。駐波比就是用來量化這種反射情況的參數，駐波比越接近 1，說明匹配越好，信號傳輸效率越高。

圖五：天線駐波比測試

在無線電通信中，天線與發射機的阻抗不匹配會導致高頻能量產生反射，反射波和入射波在系統匯合處產生駐波。通過RIGOL矢量網絡分析儀的駐波比測量功能直接有效地測量天線的駐波比，直接表征系統的匹配性能。針對駐波比測試，RSA5065N支持電橋測量以及VNA模式兩種測量方式

（二）電磁兼容性（EMC）測試

在當今電子設備密集的環境中，電磁兼容性至關重要。頻譜分析儀在 EMC 測試中發揮著關鍵作用。在輻射發射測試中，它可以與天線配合，檢測電子設備在工作時向周圍空間輻射的電磁能量的頻率和強度。如果設備輻射出過多的電磁能量，尤其是在一些敏感頻段，可能會干擾其他電子設備的正常工作。例如，電腦、電視等設備在工作時都需要滿足一定的輻射標準，頻譜分析儀可以幫助制造商確定設備是否符合這些標準，以便在設計階段采取措施，如增加屏蔽罩、改進電路布局等，來降低輻射。

圖六：頻譜儀連近場探頭測試輻射

圖七：NFP-3近場探頭

在抗擾度測試方面，頻譜分析儀可以用來觀察電子設備在受到外界電磁干擾時內部信號的變化。當對設備施加干擾信號后，如果設備內部信號的頻譜出現異常，如出現新的頻率成分或者原有信號頻率發生偏移，說明設備的抗干擾能力不足。這就促使工程師對設備進行改進，如增加濾波電路、提高接地質量等，以增強設備的抗干擾能力。

總之，頻譜分析儀就像一把神奇的鑰匙，打開了信號頻譜世界的大門，為通信、電子、科學研究等眾多領域提供了深入了解信號本質的途徑，推動著這些領域不斷向前發展。