頻譜分析儀主要用于顯示頻域輸入信號的頻譜特性，因此對于信號分析而言是不可缺少的量測儀器。頻譜分析儀是透過頻域?qū)π盘栠M(jìn)行分析、研究，并同時應(yīng)用于更多不同領(lǐng)域，例如無線訊號收發(fā)器、信號干擾的檢測、頻譜監(jiān)測、以及元件特性分析等，是從事電子產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)的常用工具，特別針對無線通訊信號的測量更是必要工具，其應(yīng)用十分廣泛，因此也有工程師將之稱為射頻量測的萬用電表。

    其主要功能包括：頻率設(shè)置、基準(zhǔn)電平設(shè)置、跟蹤發(fā)生器設(shè)置、跟蹤控制設(shè)置、利用標(biāo)記功能測量回波損耗，以及頻寬、掃描時間及觸發(fā)控制設(shè)置等功能。

    針對時域方面的信號量測，示波器是一項(xiàng)非常重要且很有效率的量測儀器，它能直接顯示信號波幅、頻率、周期、波形與相位等之響應(yīng)變化。一般來說，示波器都必須具備雙軌跡輸出顯示裝置，同時內(nèi)建有IEEE-488、IEEE-1394或RS-232等介面功能以便與繪圖儀器連結(jié)，而利于后續(xù)量測顯示資訊輸出與繪圖的研究比較之用。只是示波器缺點(diǎn)在于只侷限于低頻信號，對于高頻信號的分析便成為一大挑戰(zhàn)。

    頻譜分析儀的優(yōu)勢，正是在于彌補(bǔ)示波器針對高頻信號分析的不足，并可同時將多頻信號以頻域的方式來呈現(xiàn)，以方便辨識各不同頻率的功率裝置，并顯示信號在頻域里的特性。

    頻譜分析儀種類介紹

    在通信上，量測頻率中有一項(xiàng)工作室檢測信號在頻域的情況。而頻譜分析儀就是為了這個目的而研發(fā)出來的儀器，并且被廣泛使用在測量通信的參數(shù)，如averagenoiselevel、dynamicrange、frequencyrange或是其它。除此之外，還可以利用在時域的量測，像是測量傳輸輸出功率等項(xiàng)目。

    依功能來區(qū)分，可以將頻譜分析儀想成：計頻器+功率計。因?yàn)橛嬵l器只能量測訊號的頻率，而功率計只能量測訊號的功率，若兩者要同時得到，頻譜分析儀就可以達(dá)到此目地。

    如果要完全地分析且清楚一個信號的特性，除了使用示波器從時域去觀察信號外，還需要從頻率的角度去分析信號。只用示波器來觀察信號并不能看出信號全部真正的面貌，只能看到組成之后的波形；例如方波，它其實(shí)是經(jīng)過許多信號的累積而形成的一種信號。

    時域與頻域的差異

    在射頻電路中可能會有放大器（Amplifier）、振蕩器（Oscillator）、混頻器（Mixer）、濾波器（Filter）等電路組件，單純只用示波器來觀察的話，根本無法察覺該組件在電路中的變化，這時候就必須使用頻譜分析儀，分析其頻率響應(yīng)來說明電路的特性。圖1說明了時域與頻域上的差別。

    頻譜分析儀的種類

    頻譜分析儀一般而言分成兩種類型，RealTime頻譜分析儀（SA）與SweepTuned頻譜分析儀兩種類型。

    頻譜分析儀（SA）

    這類型的SA稱為實(shí)時性頻譜分析儀，顧名思義是能立即把信號濾出來，所以它使用了許多平行架構(gòu)的濾波器來分布在所有的頻寬范圍中，而信號一經(jīng)輸入之后沒有Delay就能馬上表示出來，如圖2所示，為實(shí)時性頻譜分析儀的架構(gòu)。

    實(shí)時性頻譜分析儀的好處即是可以立即的將信號濾出來，而且Filter的頻寬可以依照不同的span來作調(diào)整與改變，不過這類型的頻譜儀，zui大的問題在于因?yàn)樗褂么罅康臑V波器來作實(shí)時處理，所以價格非常昂貴，且頻寬都不會很高，一般而言約10MHz-30MHz左右。

    實(shí)時性頻譜分析儀的架構(gòu)

    頻譜分析儀

    在這類型的頻譜分析儀當(dāng)中，又可區(qū)分為兩大類，RF調(diào)諧方式、超外差掃描方式。

    （A）RF調(diào)諧方式

    圖3所示的為RF調(diào)諧方式架構(gòu)而成的頻譜分析儀方塊圖，它是使用一個帶通可調(diào)的濾波器（TunableFilter），由一掃描儀來調(diào)變期帶通寬度，進(jìn)而使得相關(guān)的頻率信號通過并加至垂直偏向版（即CRT中的橫軸），而CRT中的水平軸受掃描儀頻率同步的控制，使不同的頻率信號在水平軸上分別對應(yīng)地呈現(xiàn)。

    使用此種方式構(gòu)成的頻譜分析儀較為簡單，能包含較廣的頻率范圍且價格便宜，但是靈敏度與頻率特性等效能較差，且濾波器的帶寬固定，即頻率的分辨率無法改變。由于此種調(diào)諧型的頻譜分析儀較為經(jīng)濟(jì)以及所能測量的頻率范圍較廣，故早期的微波頻帶的頻譜分析常常使用這一方式；但是較可惜的，因?yàn)榇朔N方式是以掃瞄器來調(diào)變?yōu)V波器的帶通，故掃描儀的掃描速度不能太快，通常在數(shù)個MHz/s左右，當(dāng)掃描超出這個比值，濾波器對于信號的響應(yīng)尚未達(dá)到100%時，濾波器的帶通范圍已經(jīng)改變，所以所測出的值往往會較小于原來的信號而不準(zhǔn)確。

    圖3RF調(diào)諧方式的頻譜分析儀架構(gòu)

    （B）超外差式頻譜分析儀

    由于調(diào)諧式的頻譜分析儀的靈敏度與準(zhǔn)確性不高，所以目前使用zui廣的頻譜分析儀是超外差式的頻譜分析儀，如圖4。此種方式乃將輸入濾波器的帶通固定，使用一個頻率可變的本地振蕩器，使之產(chǎn)生隨著時間而作線性變化的振蕩頻率。將此可變的振蕩頻率與輸入信號在混波器（Mixer）混合后，產(chǎn)生一中頻。此中頻成為接收機(jī)的輸出，加至屏幕的垂直偏向版（橫軸），且巨齒波電壓亦同時加至水平偏向板（縱軸），結(jié)果在屏幕上顯示出的信號為頻率與振幅的對應(yīng)關(guān)系?，F(xiàn)在就根據(jù)圖4中每一個單元作簡單的介紹：

    超外差式頻譜分析儀架構(gòu)

    衰減器因?yàn)榛觳ㄆ鞯腞F輸入zui大線性范圍有限，這對一般的量測是不夠用的，因此必須將過大的信號預(yù)先衰減到混波器的RF輸入線性范圍。經(jīng)過混波器之后，在利用放大器將之還原。但這種架構(gòu)會造成頻譜分析儀上的顯示噪聲位準(zhǔn)，隨著衰減器的值而起伏。

    混波器（Mixer）：RF信號與本地振蕩器（LO）信號經(jīng)過混波器之后，會產(chǎn)生許多兩者之間頻率倍數(shù)相加減的信號。而當(dāng)輸入信號與本地振蕩器經(jīng)過混頻之后，會產(chǎn)生三種中頻的可能（或者更多），可用以下公式來求出所要的正確中頻信號：

    從（1）式來看，所產(chǎn)生的中頻頻率遠(yuǎn)高過頻譜分析儀內(nèi)中頻濾波器的協(xié)振頻率，故不能為此儀器所接受。而（3）式所產(chǎn)生之中頻，其輸入信號之頻率必須比高，所以此種信號比振蕩頻率高的射頻就會被排除在外。故zui后只有第（2）式中所產(chǎn)生之中頻才為政確之中頻信號。

    解析頻寬濾波器：RBW濾波器也稱中頻濾波器，他的作用是將RF頻率與本地振蕩頻率相檢的信號，也就是所謂的IF信號，由混波器產(chǎn)生的眾多頻率中過濾出來。使用者可藉由頻譜分析一面板上的RBW控制鈕選擇不同的3dB頻寬的RBW濾波器。由圖5中可看出，RBW設(shè)的愈窄，所觀察到的頻率分布就越細(xì)微，也降低了噪聲位準(zhǔn)。