從實(shí)時(shí)帶寬、動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度和功率測量準(zhǔn)確度四個(gè)方面比較了示波器和頻譜儀的分析性能指標(biāo)的區(qū)別。
1、實(shí)時(shí)帶寬
對(duì)于示波器來說，帶寬通常是其測量頻率范圍。而頻譜儀則有中頻帶寬、分辨帶寬等帶寬定義。這里，我們以能對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析的實(shí)時(shí)帶寬作為討論對(duì)象。
對(duì)于頻譜儀來說，末級(jí)模擬中頻的帶寬通?？梢宰鳛槠湫盘?hào)分析的實(shí)時(shí)帶寬，大多數(shù)的頻譜分析的實(shí)時(shí)帶寬只有幾兆赫茲，通常較寬的實(shí)時(shí)帶寬通常為幾十兆赫茲，當(dāng)然目前帶寬最寬的FSW頻譜儀可以達(dá)到500兆赫茲。而示波器的實(shí)時(shí)帶寬為其實(shí)時(shí)取樣的有效模擬帶寬，一般為數(shù)百兆赫茲，高的可達(dá)數(shù)千兆赫茲。
這里需要指出的是，大多數(shù)的示波器在垂直刻度設(shè)置不同時(shí)，其實(shí)時(shí)帶寬可能并不一致，在垂直刻度設(shè)置到較為靈敏時(shí)，其實(shí)時(shí)帶寬通常會(huì)下降。
從實(shí)時(shí)帶寬來說，示波器普遍優(yōu)于頻譜儀，這對(duì)于某些超寬帶信號(hào)分析尤其有好處，特別是在調(diào)制分析上有著無可比擬的優(yōu)勢。
2、動(dòng)態(tài)范圍
動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)因其定義不同而有所不同，很多情況下，動(dòng)態(tài)范圍被描述為儀器測量最大信號(hào)和最小信號(hào)的電平差值。當(dāng)改變測量設(shè)置時(shí)，儀器測量大信號(hào)和小信號(hào)的能力是不一樣的，例如頻譜分析儀在衰減設(shè)置不一樣的情況下，其測量大信號(hào)所帶來的失真是不一樣的。在這里，我們討論儀器能夠同時(shí)測量大小信號(hào)的能力，即在不改變?nèi)魏螠y量設(shè)置的情況下，示波器和頻譜儀在合適設(shè)置情況下的較佳動(dòng)態(tài)范圍。
對(duì)于頻譜儀來說，在不考慮相位噪聲等近端噪聲和雜散情況下，平均噪聲電平、二階失真、三階失真是制約動(dòng)態(tài)范圍的主要因素，以主流頻譜儀的技術(shù)指標(biāo)計(jì)算，其理想動(dòng)態(tài)范圍約為90dB（受二階失真限制）。
大多數(shù)的示波器由于受其AD有效取樣位數(shù)和噪聲底的限制，傳統(tǒng)示波器的理想動(dòng)態(tài)范圍通常不超過50dB。（對(duì)于R&SRTO示波器，在100KHzRBW時(shí)，其動(dòng)態(tài)范圍可高達(dá)86dB）
從動(dòng)態(tài)范圍來看，頻譜儀要優(yōu)于示波器。但這里要指出的是，這對(duì)于常在信號(hào)的頻譜分析來說確實(shí)如此，然而示波器的頻譜是同一幀數(shù)據(jù)，頻譜儀的頻譜大多數(shù)情況下都不是同一幀數(shù)據(jù)，因而對(duì)于瞬變信號(hào)來說，頻譜儀可能無法測量到。而示波器發(fā)現(xiàn)瞬變信號(hào)（信號(hào)滿足動(dòng)態(tài)范圍的情況下）的概率要大得多。
3、靈敏度
這里討論的靈敏度，是指示波器和頻譜儀所能測試到最小信號(hào)的水平。這個(gè)指標(biāo)與儀器設(shè)置緊密相關(guān)。
對(duì)于示波器而言，示波器在Y軸設(shè)置至較為靈敏檔時(shí)，通常為1mV/div時(shí)示波器所能測試到最小信號(hào)，拋開端口不匹配等因素來看，示波器的信號(hào)通道產(chǎn)生的噪聲以及軌跡不穩(wěn)定帶來的噪聲是制約示波器靈敏度的重要因素。
從圖一中我們可以看出，因?yàn)椴蓸狱c(diǎn)數(shù)的增加，頻譜噪聲底可以下降到比較理想的程度。然而，當(dāng)在時(shí)域已經(jīng)無法清晰準(zhǔn)確的再現(xiàn)信號(hào)時(shí)，在頻域就產(chǎn)生了非常多的雜波，這就限制了我們觀測小信號(hào)的能力。
大多數(shù)示波器能夠穩(wěn)定測量0.2mV的信號(hào)，對(duì)應(yīng)到頻域，這相當(dāng)于-60dBm的水平。事實(shí)上，示波器能否準(zhǔn)確的測量小信號(hào)，不僅與垂直系統(tǒng)的靈敏度有關(guān)，還與X軸的抖動(dòng)、觸發(fā)靈敏度等性能有關(guān)。
筆者為了對(duì)比文中所分析的技術(shù)指標(biāo)，特地到R&S公司成都的開放實(shí)驗(yàn)室（感謝成都分部提供的幫助）進(jìn)行了指標(biāo)對(duì)比，讓人驚訝的是，RTO示波器在靈敏度指標(biāo)上非常優(yōu)秀。
從看出，RTO能夠準(zhǔn)確測量-60dBm的信號(hào)，其噪聲底在-80dBm左右。而最讓人感到高興的是，在整個(gè)頻段（DC-4GHz），沒有發(fā)現(xiàn)能夠影響靈敏度的大的雜波，從而大幅提高了測量靈敏度。
在沒有雜波的情況下，通過增加取樣點(diǎn)數(shù)可以得到更低的噪聲。例如圖3所示，將Span和RBW設(shè)置得更小的情況下，RTO示波器的底噪聲可以降低至-100dBm以下。
從這點(diǎn)來說，RTO絕對(duì)能夠讓測量人員改變“示波器是頻域分析雞肋”的感受。
對(duì)于頻譜儀來說，同樣拋開端口不匹配等因素來討論，頻譜儀的在增益最大、衰減器設(shè)置最小情況下，平均噪聲電平可以看作頻譜儀測量小信號(hào)的極限。在不涉及前置放大器的情況下，大多數(shù)性能良好的頻譜儀可以達(dá)到-150dBm。
4、功率測量準(zhǔn)確度
對(duì)于頻域分析來說，功率測量準(zhǔn)確度是非常重要的技術(shù)指標(biāo)。無論是示波器還是頻譜儀，對(duì)功率測量準(zhǔn)確度的影響量都是非常多的，下面分別列出其主要的影響量：
對(duì)于示波器來說，功率測量準(zhǔn)確度的影響量有：端口不匹配引起的反射、垂直系統(tǒng)誤差、頻率響應(yīng)、AD量化誤差、校準(zhǔn)信號(hào)誤差等。
對(duì)于頻譜儀來說，功率測量準(zhǔn)確度的影響量有：端口不匹配引起的反射、參考電平誤差、衰減器誤差、帶寬轉(zhuǎn)換誤差、頻率響應(yīng)、校準(zhǔn)信號(hào)誤差等。
此處我們不對(duì)影響量進(jìn)行逐一分析比較，我們通過對(duì)1GHz頻率信號(hào)的進(jìn)行功率測量來對(duì)比，通過RTO示波器和FSW頻譜儀的測量對(duì)比可以看出，在1GHz處，示波器與頻譜儀的功率測量值僅相差0.2dB左右，這是非常好的測量準(zhǔn)確度指標(biāo)。因?yàn)轭l譜儀在1GHz處的測量準(zhǔn)確度是非常好的。
另外，在頻率范圍內(nèi)，示波器的頻率響應(yīng)指標(biāo)也是很好的，4GHz范圍內(nèi)不超過0.5dB，從這點(diǎn)來說，示波器甚至優(yōu)于頻譜儀的性能。
總的來說，示波器與頻譜儀在頻域分析性能上各有所長，頻譜儀在靈敏度等技術(shù)指標(biāo)上更勝一籌，示波器在實(shí)時(shí)帶寬上較頻譜儀更為出色。在測量不同類型的信號(hào)時(shí)，可根據(jù)測試需求和儀器的不同技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行選擇。
頻譜分析儀是電子工程師工作臺(tái)上或高校實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的常用工具。在這片文章中，我們整理出6條關(guān)于頻譜儀使用的常見問題, 希望它能為你答疑解惑。
Q1：怎樣設(shè)置才能獲得頻譜儀較佳的靈敏度，以方便觀測小信號(hào)
A:首先根據(jù)被測小信號(hào)的大小設(shè)置相應(yīng)的中心頻率、掃寬(SPAN)以及參考電平；然后在頻譜分析儀沒有出現(xiàn)過載提示的情況下逐步降低衰減值；如果此時(shí)被測小信號(hào)的信噪比小于15dB，就逐步減小RBW，RBW越小，的底噪越低，靈敏度就越高。
如果頻譜分析儀有預(yù)放，打開預(yù)放。預(yù)放開，可以提高頻譜分析儀的噪聲系數(shù)，從而提高了靈敏度。對(duì)于信噪比不高的小信號(hào)，可以減少VBW或者采用軌跡平均，平滑噪聲，減小波動(dòng)。
需要注意的是，頻譜分析儀測量結(jié)果是外部輸入信號(hào)和頻譜分析儀內(nèi)部噪聲之和，要使測量結(jié)果準(zhǔn)確，通常要求信噪比大于20dB。
Q2：分辨率帶寬(RBW)越小越好嗎?
A：RBW越小，頻譜分析儀靈敏度就越好，但是，掃描速度會(huì)變慢?？梢愿鶕?jù)實(shí)際測試需求設(shè)RBW，在靈敏度和速度之間找到平衡點(diǎn)–既保證準(zhǔn)確測量信號(hào)又可以得到快速的測量速度。
Q3：平均檢波方式(averagetype)如何選擇：Power?Logpower?Voltage?
Logpower對(duì)數(shù)功率平均：又稱VideoAveraging，這種平均方式具有最低的底噪，適合于低電平連續(xù)波信號(hào)測試。但對(duì)”類噪聲“信號(hào)會(huì)有一定的誤差，比如寬帶調(diào)制信號(hào)W-CDMA等。
功率平均：又稱RMS平均，這種平均方式適合于“類噪聲“信號(hào)(如：CDMA)總功率測量。
電壓平均：這種平均方式適合于觀測調(diào)幅信號(hào)或者脈沖調(diào)制信號(hào)的上升和下降時(shí)間測量。
Q4：掃描模式的選擇：sweep還是FFT？
A：現(xiàn)代頻譜儀的掃描模式通常都具有Sweep模式和FFT模式。通常在比較窄的RBW設(shè)置時(shí)，F(xiàn)FT比sweep更具有速度優(yōu)勢，但在較寬RBW的條件下，sweep模式更快。
當(dāng)掃寬小于FFT的分析帶寬時(shí)，F(xiàn)FT模式可以測量瞬態(tài)信號(hào)；在掃寬超出頻譜分析儀的FFT分析帶寬時(shí)，如果采用FFT掃描模式，工作方式是對(duì)信號(hào)進(jìn)行分段處理，段與段之間在時(shí)間上存在不連續(xù)性，則可能在信號(hào)采樣間隙時(shí)，丟失有用信號(hào)，頻譜分析就會(huì)存在失真。這種類型信號(hào)包括：脈沖信號(hào)，TDMA信號(hào)，F(xiàn)SK調(diào)制信號(hào)等。
Q5：檢波器的選擇對(duì)測量結(jié)果的影響?
Peak檢波方式：選取每個(gè)bucket中的最大值作為測量值。這種檢波方式適合連續(xù)波信號(hào)及信號(hào)搜索測試。
Sample檢波方式：這種檢波方式通常適用于噪聲和“類噪聲”信號(hào)的測試。
NegPeak檢波方式：適合于小信號(hào)測試，例如，EMC測試。
Normal檢波方式：適合于同時(shí)觀察信號(hào)和噪聲。
Q6：跟蹤源(TG)的作用是什么？
A：跟蹤源是頻譜分析儀上的常見選件之一。當(dāng)跟蹤源輸出經(jīng)被測件的輸入端口，而此器件的輸出則接到頻譜分析儀的輸入端口時(shí)，頻譜儀以及跟蹤源形成了一個(gè)完整的自適應(yīng)掃頻測量系統(tǒng)。跟蹤源輸出的信號(hào)的頻率能精確地跟蹤頻譜分析儀的調(diào)諧頻率。頻譜分析儀配搭跟蹤源選件,可以用作簡易的標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析,觀測被測件的激勵(lì)響應(yīng)特性曲線，例如：器件的頻率響應(yīng)、插入損耗等。
頻譜分析儀在頻域內(nèi)分析信號(hào)的圖示測試儀。以圖形方式顯示信號(hào)幅度按頻率的分布，即X軸表示頻率，Y軸表示信號(hào)幅度。
原理：用窄帶帶通濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行選通。
主要功能：顯示被測信號(hào)的頻譜、幅度、頻率?？梢匀帮@示，也可以選定帶寬測試。
測量機(jī)制：
1、把被測信號(hào)與儀器內(nèi)的基準(zhǔn)頻率、基準(zhǔn)電平進(jìn)行對(duì)比。因?yàn)樵S多測量的本質(zhì)都是電平測試，如載波電平、A/V、頻響、C/N、CSO、CTB、HM、CM以及s數(shù)字頻道平均功率等。
2、波形分析：通過107選件和相應(yīng)的分析軟件，對(duì)電視的行波形進(jìn)行分析，從而測試視頻指標(biāo)。如DG、DP、CLDI、調(diào)制深度、頻偏等。
操作：
（一）硬鍵、軟鍵和旋鈕：這是儀器的基本操作手段。
1、三個(gè)大硬鍵和一個(gè)大旋鈕：大旋鈕的功能由三個(gè)大硬鍵設(shè)定。按一下頻率硬鍵，則旋鈕可以微調(diào)儀器顯示的中心頻率；按一下掃描寬度硬鍵，則旋鈕可以調(diào)節(jié)儀器掃描的頻率寬度；按一下幅度硬鍵，則旋鈕可以調(diào)節(jié)信號(hào)幅度。旋動(dòng)旋鈕時(shí)，中心頻率、掃描寬度（起始、終止頻率）、和幅度的dB數(shù)同時(shí)顯示在屏幕上。
2、軟鍵：在屏幕右邊，有一排縱向排列的沒有標(biāo)志的按鍵，它的功能隨項(xiàng)目而變，在屏幕的右側(cè)對(duì)應(yīng)于按鍵處顯示什么，它就是什么按鍵。
3、其它硬鍵：儀器狀態(tài)(INSTRUMNTSTATE)控制區(qū)有十個(gè)硬鍵：RESET清零、CANFIG配置、CAL校準(zhǔn)、AUXCTRL輔助控制、COPY打印、MODE模式、SAVE存儲(chǔ)、RECALL調(diào)用、MEAS/USER測量/用戶自定義、SGLSWP信號(hào)掃描。
光標(biāo)（MARKER）區(qū)有四個(gè)硬鍵：MKR光標(biāo)、MKR光標(biāo)移動(dòng)、RKRFCTN光標(biāo)功能、PEAKSEARCH峰值搜索。
控制（CONTRL）區(qū)有六個(gè)硬鍵：SWEEP掃描、BW帶寬、TRIG觸發(fā)、AUTOCOVPLE自動(dòng)耦合、TRACE跟蹤、DISPLAY顯示。在數(shù)字鍵區(qū)有一個(gè)BKSP回退，數(shù)字鍵區(qū)的右邊是一縱排四個(gè)ENTER確認(rèn)鍵，同時(shí)也是單位鍵。
大旋鈕上面的三個(gè)硬鍵是窗口鍵：ON打開、NEXT下一屏、ZOOM縮放。大旋鈕下面的兩個(gè)帶箭頭的鍵STEP配合大旋鈕使用作上調(diào)、下調(diào)。
（二）輸入和輸出接口：位于一起面板下邊一排。TVIN測視頻指標(biāo)的信號(hào)輸入口；VOLINTEN是內(nèi)外一套旋鈕控制、調(diào)節(jié)內(nèi)置喇叭的音量和屏幕亮度；CALOUT儀器自檢信號(hào)輸出；300Mhz29dBmv儀器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出口；PROBEPWR儀器探針電源；IN75Ω1M—1.8G測試信號(hào)總輸入口。
（三）測試準(zhǔn)備：
1、限制性保護(hù)：規(guī)定最高輸入射頻電平和造成損壞的最高電壓值：直流25V，交流峰峰值100V。
2、預(yù)熱：測試須等到OVERCOLD消失。
3、自校：使用三個(gè)月，或重要測量前，要進(jìn)行自校。
4、系統(tǒng)測量配置：配置是測量之前把測量的一些參數(shù)輸入進(jìn)去，省去每次測量都進(jìn)行一次參數(shù)輸入。
內(nèi)容：測試項(xiàng)目、信號(hào)輸入方式（頻率還是頻道）、顯示單位、制式、噪聲測量帶寬和取樣點(diǎn)、測CTB、CSO的頻率點(diǎn)、測試行選通等。
配置步驟：按MODE鍵——CABLETVANALYZER軟鍵——Setup軟鍵，進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)。細(xì)節(jié)為tuneconfig調(diào)諧配置：包括頻率、頻道、制式、電平單位。
Analyzerinput輸入配置：是否加前置放大器。Beatssetup拍頻設(shè)置、測CTB、CSO的頻點(diǎn)（頻率偏移CTBFRQoffset、CSOFRQoffset）。GATINGYESNO是否選通測試行。C/Nsetup載噪比設(shè)置：頻點(diǎn)（頻率偏移C/NFRQoffset）、帶寬。
（四）讀取結(jié)果的方法：
1、電平的讀?。褐饕褂脜⒖茧娖絉EF。儀器屏幕圖形上最上邊的一行水平線是參考電平線。該線表示的電平為參考電平，其數(shù)值和單位顯示在屏幕左上角。參考電平的值可以改變：按AMPLITUDE硬鍵，旋轉(zhuǎn)大旋鈕就可以改變，數(shù)字隨時(shí)顯示出來。圖形每格的分貝數(shù)dB/DIV顯示在屏幕左上角。
2、頻率的讀?。簣D形里的中心頻率、起始頻率、終止頻率三條豎線，各自代表的頻率數(shù)顯示在屏幕的下方。中心頻率由Frequency硬鍵旋大旋鈕調(diào)整；起始和終止頻率由Span硬鍵旋大旋鈕調(diào)整（實(shí)際是改變掃描寬度）。
3、光標(biāo)的使用：按MKR鍵，屏幕曲線上將出現(xiàn)閃動(dòng)的光標(biāo)。光標(biāo)所在位置的電平和頻率顯示在屏幕左上角。光標(biāo)可任意移動(dòng)，移動(dòng)到什么位置，就顯示什么地方的頻率和電平。
4、打印、存儲(chǔ)
5、視頻測試
六、常用測試——頻譜測試和頻道測試（CableTV分析）：按MODE硬鍵，屏幕上顯示兩個(gè)軟鍵：頻譜測試和CableTV分析，按對(duì)應(yīng)的軟鍵就進(jìn)入各自的測試項(xiàng)目。
1、頻譜測試：用三大硬鍵加上大旋鈕即可實(shí)現(xiàn)一般分析。
2、頻道測試：按CableTVANALIZER盤軟鍵、再按屏道測試軟鍵，顯示出測試菜單（共四頁），按頻道選擇CHINALSELECT軟鍵，用數(shù)字鍵盤輸入欲測頻道的標(biāo)識(shí)頻率（模擬電視頻道為圖象載波頻率，數(shù)字頻道為頻道中心頻率）后，就可以對(duì)該頻道進(jìn)行測試了。
菜單內(nèi)容如下：
LISTENON/OFF聲音開/關(guān)EMDEV調(diào)頻調(diào)制深度VIEWINGRESS圖象串?dāng)_CARRIERLVL&FRQ載波電平/頻率CARRIER/NOISE載噪比HUM交流聲調(diào)制CROSSMOD交擾調(diào)制CSO/CTBDEPTHMOD調(diào)制深度SYSTEMFRQRSP系統(tǒng)頻率響應(yīng)INCHNLFRQRSP頻道內(nèi)頻率響應(yīng)DIEGAINDIFPHAZ微分增益、微分相位CLDI色亮延時(shí)差DIGITALCHPOEWER數(shù)字頻道功率FMRADIO調(diào)頻廣播。
449717568
