频谱分析仪是干什么用的？

频谱分析仪：洞察信号频谱的神奇之眼

在现代科技的广袤领域中，频谱分析仪是一种具有非凡意义的仪器。它宛如一位敏锐的“信号侦探”，为我们揭开信号中隐藏的频谱奥秘。

普源频谱分析仪为您提供完善的信号分析解决方案：

一、揭开信号频率的神秘面纱

在我们的生活中，信号无处不在。从简单的音频信号到复杂的无线通信信号，每个信号都像是一个由不同频率音符组成的交响乐。频谱分析仪的首要任务就是将这个“交响乐”分解，清晰地呈现出其中各个频率成分的信息。

例如，当我们收听广播时，电台发送的信号包含了载波频率以及叠加在其上的音频信息。频谱分析仪可以准确地指出载波频率的位置，以及音频信号所占据的频率范围。这就好像把一首混合在一起的歌曲中的不同乐器的声音分离开来，让我们清楚地知道每个乐器在演奏什么音符。对于更复杂的无线通信信号，如用于手机通信的 5G 信号，它能解析出其中众多的频段、信道和各种调制信号的频率分布，帮助工程师理解信号是如何构建和传输的。

图一：时域分析与频域分析

二、通信领域的得力助手

（一）保障通信信号质量

在无线通信系统中，频谱分析仪扮演着至关重要的角色。对于基站来说，它可以用来监测发射信号的频率是否准确。如果基站发射的信号频率出现偏差，就像火车偏离了轨道，会导致手机等接收设备无法正常接收信号。通过频谱分析仪的精确测量，可以及时调整基站发射机的参数，确保信号在正确的频率上发送。

图二：20KHz方波频谱测量

同时，它还能检测信号的功率。功率过大可能会对其他通信系统造成干扰，功率过小则可能导致通信范围缩小或信号接收不良。例如在 Wi-Fi 路由器的设置中，工程师可以使用频谱分析仪来优化发射功率，以实现**的覆盖范围和最小的干扰。此外，频谱分析仪还能发现信号中的噪声和干扰源。当通信出现问题时，比如通话中断或网络速度慢，它可以帮助确定是否有外部干扰，如附近其他无线设备发出的干扰信号或者电子设备产生的电磁噪声，从而采取相应的措施，如更换信道或者采取屏蔽措施。

图三：测量信号幅度

（二）助力通信设备研发

在研发新的通信设备时，频谱分析仪是工程师的“好伙伴”。在设计射频电路的过程中，它可以用来测量电路的频率响应。例如，对于一个射频放大器，通过频谱分析仪可以观察到放大器对不同频率信号的放大倍数。如果在某些频率上放大倍数不符合设计要求，可能是电路中的元件参数不准确或者存在寄生参数影响。工程师可以根据频谱分析仪的测量结果对电路进行调整，如更换晶体管、调整电容或电感的值。

图四：频率响应测量

对于调制解调器等复杂通信设备的研发，频谱分析仪能够分析调制信号的质量。它可以显示调制信号的边带结构，通过观察边带的对称性和幅度，可以判断调制的准确性。如果边带出现不对称或者额外的杂散信号，可能意味着调制过程存在问题，比如调制电路中的非线性失真，这就需要对调制算法或者电路硬件进行改进。

三、电子设备检测与优化的“法宝”

（一）天线设计调试

在无线通信基站的建设中，工程师需要确保天线的驻波比在规定范围内，以保证信号的有效传输。使用频谱仪对基站天线进行驻波比测试，可以及时发现天线安装过程中可能出现的阻抗不匹配问题，如天线与馈线连接不良、天线自身损坏等情况。通过调整或更换天线部件，使驻波比达到最优，从而提高整个基站的通信质量。

天线驻波比是反映天线系统性能的关键指标之一。简单来说，它描述了天线与传输线之间的阻抗匹配程度。当信号从传输线传输到天线时，如果两者阻抗匹配良好，信号就能高效地从传输线传输到天线并向外辐射；反之，若阻抗不匹配，部分信号会在天线和传输线的连接处反射回来，形成反射波。驻波比就是用来量化这种反射情况的参数，驻波比越接近 1，说明匹配越好，信号传输效率越高。

图五：天线驻波比测试

在无线电通信中，天线与发射机的阻抗不匹配会导致高频能量产生反射，反射波和入射波在系统汇合处产生驻波。通过RIGOL矢量网络分析仪的驻波比测量功能直接有效地测量天线的驻波比，直接表征系统的匹配性能。针对驻波比测试，RSA5065N支持电桥测量以及VNA模式两种测量方式

（二）电磁兼容性（EMC）测试

在当今电子设备密集的环境中，电磁兼容性至关重要。频谱分析仪在 EMC 测试中发挥着关键作用。在辐射发射测试中，它可以与天线配合，检测电子设备在工作时向周围空间辐射的电磁能量的频率和强度。如果设备辐射出过多的电磁能量，尤其是在一些敏感频段，可能会干扰其他电子设备的正常工作。例如，电脑、电视等设备在工作时都需要满足一定的辐射标准，频谱分析仪可以帮助制造商确定设备是否符合这些标准，以便在设计阶段采取措施，如增加屏蔽罩、改进电路布局等，来降低辐射。

图六：频谱仪连近场探头测试辐射

图七：NFP-3近场探头

在抗扰度测试方面，频谱分析仪可以用来观察电子设备在受到外界电磁干扰时内部信号的变化。当对设备施加干扰信号后，如果设备内部信号的频谱出现异常，如出现新的频率成分或者原有信号频率发生偏移，说明设备的抗干扰能力不足。这就促使工程师对设备进行改进，如增加滤波电路、提高接地质量等，以增强设备的抗干扰能力。

总之，频谱分析仪就像一把神奇的钥匙，打开了信号频谱世界的大门，为通信、电子、科学研究等众多领域提供了深入了解信号本质的途径，推动着这些领域不断向前发展。