頻譜分析儀是一種應用廣泛的信號分析儀器。它可用來測量信號的頻率、電平、波形失真、噪聲電平、頻譜特性等，加上標準天線還可用來測量場強。它的主要特點是：能寬頻帶連續(xù)掃描，并將測得的信號在CRT屏上直觀地顯示出來。在整個頻段內，電平顯示范圍大于70dB，在無線電電波測量中可以很方便地看出頻譜占用和信號活動情況，所以在很多場合，頻譜儀正在替代場強儀成為電波測量中一種新的被廣泛應用的儀器。但必竟二者設計上有差異，因此使用側重面應有所有同，否則將會帶來很大的測量誤差。
現(xiàn)代頻譜儀多采用微機處理，顯示刻度可以自動轉換。在實際測量中要特別注意天線阻抗與測試系統(tǒng)的匹配問題，避免產生失配誤差。由于頻譜儀在使用中是進行寬帶掃描，所以所用天線要求也都是寬帶天線，而寬帶天線的VSWR一般都較大，如果與頻譜儀聯(lián)接的不是匹配天線，則要對所用天線的天線系數重新校對。
在實際測量中，輸入衰減器不宜放在0dB的位置，如果衰減器置0，輸入信號直接接到混頻器上，則阻抗特性變差，造成較大的失配誤差。
防止頻譜分析儀過載
一般測試接收機的輸入端都有帶有調諧式高放電路，以抑制帶外信號，提高靈敏度。而頻譜分析儀由于其寬帶連續(xù)快速掃描的特性，輸入端一般都直接接到第一混頻器上。當信號電平較高時，混頻器工作在非線性變頻狀態(tài)，將產生高階互調和混頻增益壓縮，而且過高的電平（一般大于5dBm）將燒壞混頻器，故在使用中要合理地選擇射頻衰減器以確保線性工作狀態(tài)。
為使混頻器進行線性變頻，中頻放大器進行線性放大，使示波屏上出現(xiàn)的假響應電平縮至最小，這就要求加在混頻器上的輸入信號功率越小越好；而為了擴大測量電平的動態(tài)范圍，則要求輸入功率越大越好。為此對輸入信號電平的選擇有如下三個規(guī)定：
?。?）較好輸入信號電平
在頻譜儀輸入混頻器上輸入信號時，使所產生的失真電平小于某個規(guī)定電平時的輸入信號電平叫較好輸入電平。它隨混頻器的構造不同而有所不同，通常頻譜儀的較好輸入電平是-30dBm。用這樣的電平輸入時，規(guī)定頻譜儀產生的失真電平和假響應電平小于-90dBm，即在-30dBm到-90dBm間出現(xiàn)的信號是真正的信號，這時，顯示器的動態(tài)范圍有60dB。
?。?）線性輸入信號電平
使輸入混頻器的特性保持線性的最大輸入信號電平叫線性輸入電平。所謂“線性”，是指允許輸入混頻器有1dB的增益壓縮。增益壓縮1dB,約產生12.2%的誤差。當加到混頻器的信號電平在線性輸入電平范圍內時，則增益壓壓縮小于1dB，這并不意味著在頻譜儀顯示器上不同生失真響應和假響應。只有當輸入到混頻器的信號功率等于較好輸入電平時，在示波屏上才不出現(xiàn)假響應。通常，頻譜儀的線性輸入電平是-5dBm到-10dBm，視輸入混頻器的特性而定。
?。?）最大輸入電平
頻譜儀輸入回的燒毀電平叫頻譜儀的最大輸入電平。它由輸入衰減器和混頻器的特性決定。輸入混頻器的燒毀電平的典型值是+10dBm，輸入衰減器的燒毀電平是+30dBm。
在實際測量中，為使測量不失真，或使假響應電平減至最小，應經常使用較好輸入電平。就輸入端是單個大信號而言。采用較好輸入電平，將會得到較滿意的測量結果。但當輸入端存在多個高電平信號時，即使這些信號可能在頻譜儀的工作頻帶外，終因輸入端沒有選擇性，這些信號功率的迭加很容易使混頻器過載產生高階交互調失真，從而產生假響應，因此有必要對所測信號以外的信號功率加以衰減，建議的辦法是加一個跟蹤濾波器，即預選器，如美國HP公司和西德R/S公司都有為其頻譜儀配套的預選器。
有些頻譜分析儀沒有配套的預選器，但可根據測量頻段加固定的帶通濾波器。此時，用頻譜分析儀和跟蹤信號發(fā)生器對通帶內波動、插入損耗仔細進行測量并一一記錄下來，在測量場強時計入到天線校正系數去。如果連帶通濾波器也沒有，那么可按照所測頻段配置合適的高通濾波器。實踐證明，強電臺及電磁干擾大多集中在中、短波及調頻波段、VHF低端，在采用高通濾波器后，可把被測頻段以下的信號衰減40dB以上，這樣可大大減少互調、交調失真。
檢驗混頻器是否工作在較好狀態(tài)，可以采用射頻衰減器增加10dB，顯示減少10dB的方法驗證。通常，-30~-35dBm為混頻器的較好工作狀態(tài)，即頻譜儀的較好輸入電平為-30~-35dBm。較好輸入電平的擇定為以后進一步的精確測量打下了良好基礎。
選擇合適的中頻帶寬
頻譜儀的中頻帶寬（又稱分辨率帶寬）很多，從1MHz到1kHz以下約有10檔左右。但由于頻譜儀的連續(xù)掃描特性，它的濾波器是高斯型的矩形系數較大，一般60dB：3dB帶寬為10:1。而測試接收機的中頻濾波器矩形系數較小，一般60dB:6dB帶寬為2:1（一般測試接收機為雙調諧回路，且B3=0.8B6）。頻譜儀的噪聲系數較大，典型值為19dB，因此在頻帶寬相同的情況下，頻譜儀的噪聲電平比測試接收機高。
了解這些不同后，就可以根據實測情況及所測信號的特點，選擇合適的中頻帶寬。如果要測量間隔25KHz的兩相鄰信號，若它們的電平相差不大，則用10KHz的中頻帶寬就可以區(qū)分兩信號。如果電平相差較大，則必須用3kHz或1kHz的中頻帶寬才能區(qū)分兩信號。在選擇中頻帶寬時，還應注意掃描時間，太快會使濾波器來不及響應，導致測量不準。有些頻譜儀有自動調節(jié)功能，特別是現(xiàn)代較先進的它可將掃描時間自動調節(jié)到與掃描頻寬、中頻帶寬相適應。若是手動調節(jié)的，應注意一旦中頻帶寬改變，掃描時間也要相應地變化，以保證準確測量。
如果要測量較弱信號，就要減小中頻帶寬，使頻譜儀的噪聲電平低于被測信號。頻譜儀一般給出最小中頻帶寬以下的平均噪聲電平，中檔頻譜儀的典型值為-115dBm。為保證測量結果有效，應使信噪比優(yōu)于6dB，故它可測量的最小電平為-109dBm即-2dBμV。實際上可測的最小電平還受到頻譜儀雜散響應指標的影響，而且當被測信號小于1μV時，通過機殼、電源線等引入干擾會使測量結果不可靠。
怎樣保證測量精度
測試接收機都裝有標準脈沖振蕩器，以便在測量狀態(tài)，如頻率、衰減器、中頻帶寬改變時隨時可進行校準。其測量精度主要由標準振蕩器的準確度及輸入失配誤差來決定，一般為±2dB。
頻譜儀系采用固定頻率的標準信號進行校準，當測量頻率不同時就會產生誤差。同時，射頻衰減器參考電平、中頻帶寬、顯示刻度等的改變都會產生誤差。
頻譜是頻率譜密度的簡稱，是頻率的分布曲線。復雜振蕩分解為振幅不同和頻率不同的諧振蕩，這些諧振蕩的幅值按頻率排列的圖形叫做頻譜。
頻譜儀的分類：
一般分為FFT(快速傅里葉變化)和掃頻式頻譜儀。其中FFT式頻譜儀適合窄分析帶寬，快速測量場合，掃頻式頻譜儀適合寬頻帶分析場合。
頻譜儀內部原理：
1、輸入衰減器
信號進入頻譜儀后，先經過一個輸入衰減器，作用為防止大信號進入混頻器，造成混頻器過載，增益壓縮，畸變。衰減器雨后面的中頻放大器是互動的，中頻放大器補償前面的衰減值，保證信號大小不變。
2、低通濾波器
低通濾波器決定了頻譜儀的分析能力，頻譜儀上標注的頻率范圍就是由此濾波器決定。
3、混頻器
混頻器，通過本振(LO)將輸入信號下變頻到中頻。
4、中頻濾波器
中頻濾波器即頻譜儀面板上設置的RBW，是可調的，調節(jié)RBW會影響頻率選擇性，信噪比和測試速度。
5、包絡檢波器
將中頻信號轉換為基帶信號或者視頻信號。有正向檢波(顯示最大值)，負向檢波(顯示最小值)，采樣檢波(顯示中值)。
6、視頻濾波器
一般為一低通濾波器，此濾波器主要是為了減少噪聲的峰峰值變化，測試小信號時會用到。
一、實時帶寬
1、對于示波器來說，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，我們以能對信號進行實時分析的實時帶寬作為討論對象。
2、對于頻譜儀來說，末級模擬中頻的帶寬通?？梢宰鳛槠湫盘柗治龅膶崟r帶寬，大多數的頻譜分析的實時帶寬只有幾兆赫茲，通常較寬的實時帶寬通常為幾十兆赫茲，當然目前帶寬最寬的FSW頻譜儀可以達到500兆赫茲。而示波器的實時帶寬為其實時取樣的有效模擬帶寬，一般為數百兆赫茲，高的可達數千兆赫茲。
3、這里需要指出的是，大多數的示波器在垂直刻度設置不同時，其實時帶寬可能并不一致，在垂直刻度設置到最靈敏時，其實時帶寬通常會下降。
4、從實時帶寬來說，示波器普遍優(yōu)于頻譜儀，這對于某些超寬帶信號分析尤其有好處，特別是在調制分析上有著無可比擬的優(yōu)勢。
二、動態(tài)范圍
1、動態(tài)范圍指標因其定義不同而有所不同，很多情況下，動態(tài)范圍被描述為儀器測量最大信號和最小信號的電平差值。當改變測量設置時，儀器測量大信號和小信號的能力是不一樣的，例如頻譜分析儀在衰減設置不一樣的情況下，其測量大信號所帶來的失真是不一樣的。在這里，我們討論儀器能夠同時測量大小信號的能力，即在不改變任何測量設置的情況下，示波器和頻譜儀在合適設置情況下的較好動態(tài)范圍。
2、對于頻譜儀來說，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、三階失真是制約動態(tài)范圍的最主要因素，以主流頻譜儀的技術指標計算，其理想動態(tài)范圍約為90dB（受二階失真限制）。
3、大多數的示波器由于受其AD有效取樣位數和噪聲底的限制，傳統(tǒng)示波器的理想動態(tài)范圍通常不超過50dB。(對于R&SRTO示波器，在100KHzRBW時，其動態(tài)范圍可高達86dB)。
4、從動態(tài)范圍來看，頻譜儀要優(yōu)于示波器。但這里要指出的是，這對于常在信號的頻譜分析來說確實如此，然而示波器的頻譜是同一幀數據，頻譜儀的頻譜大多數情況下都不是同一幀數據，因而對于瞬變信號來說，頻譜儀可能無法測量到。而示波器發(fā)現(xiàn)瞬變信號（信號滿足動態(tài)范圍的情況下）的概率要大得多。
三、功率測量準確度
對于頻域分析來說，功率測量準確度是非常重要的技術指標。無論是示波器還是頻譜儀，對功率測量準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：
1、對于示波器來說，功率測量準確度的影響量有：端口不匹配引起的反射、垂直系統(tǒng)誤差、頻率響應、AD量化誤差、校準信號誤差等。
2、對于頻譜儀來說，功率測量準確度的影響量有：端口不匹配引起的反射、參考電平誤差、衰減器誤差、帶寬轉換誤差、頻率響應、校準信號誤差等。
3、此處我們不對影響量進行逐一分析比較，我們通過對1GHz頻率信號的進行功率測量來對比，通過RTO示波器和FSW頻譜儀的測量對比可以看出，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確度指標。因為頻譜儀在1GHz處的測量準確度是非常好的。
4、另外，在頻率范圍內，示波器的頻率響應指標也是很好的，4GHz范圍內不超過0.5dB，從這點來說，示波器甚至優(yōu)于頻譜儀的性能。
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