頻譜分析儀的工作原理

頻譜分析儀架構猶如時域用途的示波器，面板上布建許多功能控制按鍵，作為系統功能之調整與控制，實時頻譜分析儀（real-time spectrum analyzer）與掃瞄調諧頻譜分析儀（sweep-tuned spectrum analyzer）。實時頻率分析儀的功能為在同一瞬間顯示頻域的信號振幅，其工作原理是針對不同的頻率信號而有相對應的濾波器與檢知器（detector），再經由同步的多任務掃瞄器將信號傳送到crt 屏幕上，其優點是能顯示周期性雜散波（periodicrandom waves）的瞬間反應，其缺點是價昂且性能受限于頻寬范圍、濾波器的數目與大的多任務交換時間（switching time）。
常用的頻譜分析儀是掃瞄調諧頻譜分析儀，可調變的本地振蕩器經與crt 同步的掃瞄產生器產生隨時間作線性變化的振蕩頻率，經混波器與輸入信號混波降頻后的中頻信號（if）再放大、濾波與檢波傳送到crt 的垂直方向板，因此在crt 的縱軸顯示信號振幅與頻率的對應關系，信號流程架構如圖1.3 所示。
影響信號反應的重要部份為濾波器頻寬，濾波器之特性為高斯濾波器（gaussian-shaped filter），影響的功能就是量測時常見到的解析頻寬（rbw，resolution bandwidth）。rbw 代表兩個不同頻率的信號能夠被清楚的分辨出來的低頻寬差異，兩個不同頻率的信號頻寬如頻譜分析儀的rbw，此時該兩信號將重疊，難以分辨，較低的rbw 固然有助于不同頻率信號的分辨與量測，低的rbw 將濾除較高頻率的信號成份，導致信號顯示時產生失真，失真值與設定的rbw 密切相關，較高的rbw 固然有助于寬帶帶信號的偵測，將增加噪聲底層值（noise floor），降低量測靈敏度，對于偵測低強度的信號易產生阻礙，因此適當的rbw 寬度是正確使用頻譜分析儀重要的概念。
另外的視頻頻寬（vbw，video bandwidth）代表單一信號顯示在屏幕所需的低頻寬。如前所說明，量測信號時，視頻頻寬過與不及均非適宜，都將造成量測的困擾，如何調整必須加以了解。通常rbw 的頻寬大于等于vbw，調整rbw 而信號振幅并無產生明顯的變化，此時之rbw 頻寬即可加以采用。量測rf 視頻載波時，信號經設備內部的混波器降頻后再加以放大、濾波（rbw 決定）及檢波顯示等流程，若掃描太快，rbw 濾波器將無法完全充電到信號的振幅峰值，因此必須維持足夠的掃描時間，而rbw 的寬度與掃描時間呈互動關系，rbw 較大，掃描時間也較快，反之亦然，rbw 適當寬度的選擇因而顯現其重要性。較寬的rbw 較能充分地反應輸入信號的波形與振幅，但較低的rbw 將能區別不同頻率的信號。例如使用于6mhz 頻寬視訊頻道的量測，經驗得知，rbw 為300khz 與3mhz 時，載波振幅峰值并不產生顯著變化，量測6mhz的視頻信號通常選用300khz 的rbw 以降低噪聲。天線信號量測時，頻譜分析儀的展頻（span）使用100mhz，獲得較寬廣的信號頻譜需求，rbw使用3mhz。這些的量測參數并非一成不變，將會依現場狀況及過去量測的經驗加以調整。
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