時域很好理解，用時間記錄事件發生的“軌跡”，在平常事件中，可能是6點起床，8點吃飯；而在電信號測試事件里，我們在時域分析信號瞬時電壓隨時間的變化。

在電信號世界里，時域信號和頻域信號可以相互轉化，傅里葉變換揭示了一個重要原理：任何時域電信號都可分解為若干個特定頻率、振幅和相位的正弦波。（如圖1-1）頻域測量能精確反映各頻率點的功率分布。 

圖1-1 時域和頻域

通過適當濾波處理，復雜的時域波形可分解為多個獨立的正弦波（即頻譜分量），這些每個獨立的正弦波都可以從振幅和相位參數進行分析。當待分析信號具有周期性特征時，傅里葉理論表明其組成成分正弦波在頻域中以1/T的間隔分離，其中T是信號的周期。

頻域的重要指標包括頻率、振幅和相位，一些測量需要完整保留信號的頻率、振幅和相位信息，但也有些測量無需掌握正弦分量間的相位關系，也可以完成，比如單純只做頻譜分析，了解某個信號的頻率和功率關系。 

圖1-2 時域與頻域分析

圖1-2所示的復雜信號在時域和頻域的呈現，時域上，該波形并非純正的正弦波，我們通過時域無法知道原因是什么，而通過頻域，我們可以了解到該信號其實包含一個基波和一個二次諧波（頻率為基波二倍的諧波分量）。這就不難理解，頻域在確定信號諧波成分方面表現更佳。

為什么要進行頻域測試？

頻域測試的必要性

頻譜是國家重要資源，政府監管機構為各類無線電業務分配不同頻段，諸如廣播電視、移動通信、警用及應急通信等眾多應用場景都必須在特定頻段工作。

但射頻器件會由于非線性原因，無法保證在規定頻段工作，因此，頻譜監測至關重要。比如，針對發射射頻信號的發射機，必須要保證其功率放大器及其他系統組件將信號功率發射至相鄰信道并引發干擾的程度，在合理范圍，我們一般用鄰信道功率比（Adjacent Channel Power Ratio， ACPR） 這個指標來表示。

在無線通信測試中，需要對帶外輻射和雜散輻射極為關注，蜂窩無線電系統必須檢測是否存在有害輻射；載波信號中也會存在干擾其他系統的諧波成分，因此，無線通信測試中也要關注調制在載波上的信息信號的失真問題；三階互調可能造成嚴重干擾，因為其失真成分可能落在目標頻段內，導致無法有效濾除；噪聲往往是需要測量的信號，任何有源電路或設備都會產生過量噪聲，噪聲系數和信噪比（SNR）等測試對于表征設備性能及其對整體性能的貢獻至關重要。

電磁干擾（EMI）是指有意或無意的輻射源產生的有害電磁輻射。這些輻射可能通過導線傳導（如電源線或其他連接線）或直接輻射，從而影響其他系統的正常運行。因此，幾乎所有設計或制造電氣電子產品的人員，都必須按照政府機構或行業標準制定的法規，對輻射水平與頻率進行測試。 

圖1-3、圖1-4、圖1-5、圖1-6 射頻測試四種場景

當然，這并不意味著，時域測試不重要，有些測量甚至只能通過時域才能完成。例如，純時域測量包含信號電壓、脈沖上升時間、下降時間、過沖等指標，而針對時域中數字信號測試，我們一般使用示波器；頻域中測試射頻信號我們需要使用頻譜分析儀。

三  優化本底噪聲和分辨率帶寬

對于射頻（RF）測試而言，頻譜分析儀或信號分析儀是必備的基礎測量“武器”，其中有幾個注意事項：

1. 從測試開始前優化測試精度。我們需要了解信號分析儀的固有精度，并識別被測設備（DUT）連接過程中的誤差源。結合良好的測量規范與分析儀的實用功能，不僅能減小誤差，還可能縮短測試時間。

如圖1-6，當被測設備（DUT）與已校準的分析儀連接后，信號傳輸網絡（如線纜等連接器）可能會導致目標信號衰減或失真。對這些影響進行修正或補償是確保測量精度最大化的關鍵。借助分析儀的內置幅度修正功能，搭配信號源和功率計，即可便捷高效地實現這一目標。

圖1-6：DUT 與分析儀的連接質量會影響測量精度和可重復性，且影響會隨頻率升高而加劇。

如圖1-7展示了某信號傳輸網絡的實測頻率響應特性，該網絡會對被測設備（DUT）的信號產生衰減。要消除這類非預期影響，首先需在目標頻率范圍內測量信號傳輸網絡的頻率響應。

圖1-7 這條跡線顯示了針對 DUT 與分析儀的連接所測得的頻率響應。

信號分析儀的幅度修正功能，能夠剔除這些“失真”。分析儀采用一系列頻率/幅度配對，將其進行線性連接，以產生對應測量顯示點的校正系數。然后再依據修正結果調整顯示的幅度，如圖1-8。

圖1-8，信號傳輸網絡帶來的非預期衰減與增益已從測量結果中剔除。

該過程可將測量參考面從分析儀前面板轉移至被測設備（DUT） 。多數信號分析儀支持存儲多組不同的校正數據，分別適配不同的設備配置或分析儀參數設置，也可針對電纜與適配器的不同組合保存對應的校正值。

需要重點關注被測設備（DUT）與分析儀的連接部分，包括電纜和連接器的長度、類型及質量。對連接器的妥善維護（例如按規定扭矩緊固），有助于實現最小損耗、良好的阻抗匹配和穩定的測量重復性。

在高難度測量場景中，可通過將分析儀的有效輸入端口盡量靠近被測設備（DUT）來提升測量性能。例如，測量極微弱信號時，可將外部前置放大器直接連接至被測設備（DUT），以此提高信號電平，緩解信號衰減或噪聲疊加等問題。如今的智能前置放大器能自動配置分析儀，并上傳自身的增益和頻率響應數據，支持精準校正。

同理，智能混頻器可助力超高頻率下的測量。這類混頻器可直接安裝在被測設備（DUT）的輸出端（通常為波導直接連接），其會自動完成設備識別，并下載自身的轉換系數，確保測量結果的精準顯示。

2. 設定分辨率帶寬時“如何取舍”。分辨率帶寬設置是一項基礎分析參數。當測量目標為分離關鍵頻譜成分、設定本底噪聲水平（以便更清晰地將目標信號與分析儀或被測設備（DUT）產生的噪聲區分開）時，這一參數尤為重要。

在執行高要求測量時，頻譜分析儀需具備高精度，且需要在測量速度與高動態范圍之間達到良好平衡。多數情況下，偏重其中一項會對另一項產生不利影響，而核心權衡點之一便是分辨率帶寬的寬窄選擇。

窄帶寬設置在測量低電平信號時具有顯著優勢：它能降低頻譜分析儀的顯示平均噪聲電平（DANL），進而提升動態范圍并改善測量靈敏度。如圖1-9所示，對于一個表觀值為–103 dBm 的信號，將分辨率帶寬從 100 KHz 調整至 10 KHz 后，測量結果更精準：分辨率帶寬縮小 10 倍，顯示平均噪聲電平（DANL）可優化 10 dB。

圖1-9：將分辨率帶寬從 100 KHz 降至 10 KHz，可改善顯示平均噪聲電平（DANL），使目標信號更易識別。

但并不是所有情況都需要窄帶寬設置。首先第一個缺點是，窄帶寬設置會使掃描速度變慢。如圖1-10和圖1-11對比了使用 10 KHz 和 3 KHz 分辨率帶寬分析儀測量 200 MHz 信號時的掃描時間。

圖1-10，10KHz分辨率帶寬的掃描時間是2.41秒。

圖1-11，3KHz分辨率帶寬的掃描時間是26.8秒。

第二個缺點是，對于調制信號，諸如4G/5G通信信號一般帶寬在100-200KHz，毫米波信號帶寬甚至高達1GHz，分析儀分辨率帶寬需要設置得足夠寬，才能確保包含信號的所有邊帶，否則，測量得到的功率值會不準確。同時，帶寬較寬、且信號間隔密集的數字調制信號，可以采用積分帶寬功率測量法，利用窄分辨率帶寬測量多個點并積分功率，從而覆蓋整個信號帶寬的方法，往往是最實用的技術方案。

另外，現代信號分析儀借助數字信號處理技術 ，如快速傅里葉變換（FFT），即便使用窄分辨率帶寬，也能確保測量精度并提升掃描速度?！翱焖賿呙琛?nbsp;功能可使窄帶寬設置下的掃描速率提升超 50 倍。

劉工洋洋灑灑，篇幅很長，還寫了如何提升測試低電平信號的靈敏度、優化失真測量的動態范圍……在最后寫到利用實時分析功能幾個字后，又迅速用筆劃掉，隨后甩了甩長時間用筆的手，舒了口氣，離開議事堂。

四 如何發現并測量難捕捉信號

無論你從事無線通信領域還是航空航天 / 國防領域，許多信號都屬于脈沖信號、突發信號，或是呈現出必須進行表征的復雜瞬態特性。在部分場景中，非預期信號或異常行為會被掩蓋，因此難以檢測或分離。

許多信號分析儀采用的數字化架構與高速數字信號處理（DSP）技術，通過兩種方式滿足上述需求：一是實時頻譜分析儀（RTSA）功能，二是矢量信號分析儀中的信號錄制 / 回放功能。此前，這兩項功能均以獨立的專用產品形式存在。

實時頻譜分析儀（RTSAs）在中頻（IF）處理單元中采用專用處理技術，對表征中頻輸入信號的連續采樣數據流進行頻譜計算。其頻譜計算速度足夠快，能夠處理所有信號采樣點，生成無間隙的頻譜結果，確保不會遺漏任何信號或異常行為。

由于實時頻譜分析儀（RTSA）的頻譜生成速率極高 —— 每秒可達數千幀，人眼無法看清或解讀單個頻譜。因此，頻譜通常以特定顯示模式呈現：這類顯示一般采用顏色編碼，直觀指示結果中特定幅值 / 頻率組合的出現頻次。通過調整這些頻譜密度圖的顏色與明暗度，可清晰呈現或重點突出高頻次事件，更常見的是捕捉低頻次事件（見圖1-12）。

圖1-12：2.4 GHz 工業、科學及醫療（ISM）頻段的空中頻譜密度測量結果，包含短暫的藍牙跳頻信號和持續時間更長的無線局域網（WLAN）傳輸信號。出現頻次較高的幅值和頻率組合以紅色和黃色顯示，低頻次組合則以藍色顯示（例如藍牙跳頻信號）。

實時頻譜密度圖在追蹤間歇性信號或異常行為時極具價值，其背后的測量數據還可用于生成觸發信號，以分離特定信號或行為。頻率模板可手動或自動生成，當信號違反模板設定時，便會觸發一個事件（見圖1-13）。

圖1-13：在實時頻譜分析儀（RTSA）選件中，頻率模板觸發功能通過頻譜上方的深綠色陰影區域標識，模板中的幅值 / 頻率組合由圓形標記界定。超出模板范圍的信號跳變會觸發一個事件。

圖1-14通過頻率模板觸發啟動采集過程，并對單次頻率跳變信號進行后續解調分析。

在追蹤難捕捉的信號或異常行為時，最有效的分析技術是將頻率模板觸發功能與矢量信號分析儀（VSA）的信號采集 / 回放功能相結合。實時頻譜分析儀（RTSA）基于頻率模板觸發得到的測量結果僅包含功率譜，而矢量信號分析儀（VSA）的信號采集（或時域捕獲）功能會記錄信號的完整時域數據 —— 這是一種復矢量信號。通過對這份完整記錄進行后處理，矢量信號分析儀（VSA）可執行多種類型的分析，包括頻譜分析、時域分析和解調分析（見圖1-14）。

如今，實時頻譜分析儀（RTSA）功能，矢量信號分析儀中的信號錄制 / 回放功能，已成為是德科技（Keysight）X 系列等主流信號分析儀的可選配置。