浅谈“射频万用表”-频谱分析仪

       概述　　

       频谱分析仪对于射频工程师来说是*的测试工具，广泛应用于无线电技术的各个领域，本人毕业后一直从事研究的领域为微波与天线测量技术、微弱信号监测、EMC/EMI测量等。射频测量离不开频谱分析仪，故同频谱分析仪结下了不解之缘，因此，在这里我重点谈一下“射频万用表”——频谱分析仪。
　　
　　频谱分析仪广泛应用于无线电技术的各个领域，例如：电子对抗、卫星通信、移动通信、散射通信、雷达、遥控遥测、侦察干扰、射电天文、卫星导航、航空航天和频谱监测等领域。频谱分析仪对各种类型的信号进行测量和分析时，可测量信号的不同特性。例如：信号的传输和反射特性测量、谐波失真测量、三阶交调测量、激励响应测试、载噪比测试、信道功率测量、相位噪声测量、卫星频谱测量、互调测量和电磁干扰测量等等。所以说在电子测量领域中，把频谱分析仪称为频域中的“射频万用表”一点也不过分。
　　
　　使用频谱分析仪应注意的问题
　　
　　频谱分析仪的应用十分广泛，那么在实际使用频谱分析仪应注意什么问题呢?
　　
　　a）频谱分析仪的校准：频谱分析仪一般都有固定幅度和频率的校准器，使用频谱分析仪测量信号特别信号电平测量时，需要对频谱分析仪进行校准，以保证信号测量精度;另外，通过校准信号的测量，可以检查频谱分析仪是否有问题。
　　
　　b）射频输入信号电平小于频谱分析仪允许的安全电平：在频谱分析仪输入端接入射频信号之间，一定要对输入信号电平进行正确估算，避免频谱分析仪射频输入大于频谱分析仪允许的安全电平，否则将会烧毁频谱分析仪输入衰减器和混频器。特别是在高功率信号测量中，要格外小心谨慎。例如用频谱分析仪测量1W以上高功率放大器时，千万记住在频谱分析仪输入端接衰减器，以使频谱分析仪的射频输入信号小于频谱分析仪允许的安全电平。
　　
　　c）确定频谱分析仪是否允许直流信号输入：目前，大多数频谱分析仪不允许直流信号输入，因此千万注意测量信号是否包含直接成分。特别是在某些系统中，射频信号和直流信号用同一根电缆传输，此时要特别小心，信号接入频谱分析仪射频输入端口之前，一定在频谱分析仪输入端接隔直流器，以免损坏仪器。例如在很多卫星通信系统，低噪声放大器的直流加电线和射频信号传输采用同一根电缆，测量这样射频信号时，
　　
　　特别注意别忘了在频谱分析仪射频输入接隔直流器，保护频谱分析仪的射频输入电路。
　　
　　d）低电平信号测量：众所周之，频谱分析仪的灵敏度是指在特定带宽下，频谱分析仪测量小信号的能力。因此，在测量低电平信号时，特别是测量信号接近频谱分析仪本底噪声时，应减小频谱分析仪的射频衰减和分辨带宽，提高频谱分析仪的灵敏度，提高低电平信号的测量精度。另外减少视频带宽和采用视频平均技术，虽然不影响频谱分析仪的灵敏度，但可以改善小信号测量精度。
　　
　　e）合理设置频谱分析仪参数：在测试射频信号时，合理设置频谱分析仪的分辨带宽、扫频带宽、视频带宽和扫描时间等，确保频谱分析仪CRT不出现测量不准的信号提示。当频谱分析仪CRT出现测量不准信息，此时测量无法保证测量精度。
　　
　　现代频谱分析仪的发展趋势
　　
　　随着信号处理技术、DSP技术和计算机技术的不断发展，促进了频谱分析仪的快速发展。目前频谱分析仪都实现了高分辨率、大的动态范围、高灵敏度、CRT数字显示、乃至数字储存和高可靠性的方向发展。现代计算机技术和数字信号处理技术（DSP）在频谱分析仪中使用，成为现代频谱分析仪的发展趋势。国外频谱分析仪技术发展迅速，如美国的Agilent公司、Tektronix公司、德国R&S公司和日本的ANRITSU公司等都不断地推出高性能的频谱分析仪，并且以频谱分析仪为基础，不断扩展其功能。未来的频谱分析仪的发展方向是：
　　
　　a）向更宽频带、高灵敏度、高分辨率和大动态范围方向发展
　　
　　现代频谱分析仪的频率范围更宽，灵敏度更高，分辨率高、动态范围大，测量精度高，测量速度更快，更易于实现测量过程的自动化，易于实现仪器的小型化。如具有代表性的产品是美国Agilent公司的8565EC频谱分析仪，其频率范围为9KHz～50GHz，分辨率带宽1Hz～2MHz，*灵敏度可达-147dBm，噪声边带为-113dBc/Hz（10KHz频偏），同时肩有向更高频率扩展、相位噪声和数字无线电测试功能，使用非常灵活方便。
　　
　　b）向宽带高速实时方向发展
　　
　　实时频谱分析可以对信号进行实时测试，可以在时域、频域、调制域和码域等多域内，同时对信号的指标进行全景式的观察、监测和分析，的信号分析软件能够复杂的测量任务，是现代通信分析仪的发展趋势。
　　
　　实时频谱分析仪可以在一台仪表中同时获得宽带矢量信号分析仪和频谱分析仪的功能，并具备*的触发—捕获—分析能力。典型的代表产品是美国Tektronix公司的3086实时频谱分析仪，可以一次采集整块频谱、连续分析全帧信号，同时具有多种灵活的触发方式，对猝发信号、瞬变信号和时控信号的分析测量非常方便。