頻譜分析儀（Spectrum Analyzer）是電子工程領(lǐng)域中不可或缺的核心測量儀器，被譽為射頻量測的“萬用表”。它通過將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域圖譜，直觀呈現(xiàn)信號的頻率成分與功率分布，廣泛應(yīng)用于無線通信、雷達、廣播電視、電磁兼容（EMC）測試及科研教育等領(lǐng)域。

圖一時域量測與頻域量測之不同

　　頻譜分析儀種類

根據(jù)工作原理，頻譜分析儀主要分為兩大類：掃描調(diào)諧式（Sweep-Tuned）與實時頻譜分析儀（Real-Time Spectrum Analyzer, RTSA）。掃描調(diào)諧式頻譜儀基于超外差接收原理，通過本地振蕩器掃頻，將輸入信號混頻至固定中頻進行處理，逐點繪制頻譜。其優(yōu)勢在于頻率范圍寬、動態(tài)范圍大，適用于穩(wěn)態(tài)信號測量，如連續(xù)波、廣播信號等。然而，其掃描機制導(dǎo)致存在“盲區(qū)”，難以捕獲瞬態(tài)、跳頻或偶發(fā)信號。實時頻譜分析儀則采用高速ADC與FFT（快速傅里葉變換）技術(shù)，對信號進行全時域數(shù)字化處理，實現(xiàn)無遺漏的信號捕獲。它具備高捕獲概率（POI）與微秒級響應(yīng)能力，可清晰呈現(xiàn)信號隨時間變化的頻譜軌跡，特別適用于電子戰(zhàn)、5G通信、PLL鎖定過程分析及干擾源定位等復(fù)雜動態(tài)場景。

此外，按形態(tài)與應(yīng)用還可細分為：便攜式頻譜儀，便于現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與干擾排查；音頻頻譜儀，專用于20Hz–20kHz音頻信號分析；以及基于PC的軟件定義頻譜儀，成本低、靈活性強，適合教學(xué)與業(yè)余無線電應(yīng)用。

　　頻譜分析儀應(yīng)用領(lǐng)域

　　頻譜分析儀主要功能在于量測信號的大小或振幅，其應(yīng)用范圍十分廣泛，包括系統(tǒng)維護、信號量測、組件的頻率增益與物料品管等，都在頻譜分析儀的應(yīng)用范圍之中。

　　放大器增益、頻率響應(yīng)與被動元件特性之量測

　　有線電視及通信系統(tǒng)使用大量的放大器與分接器（Tap）、接頭、同軸電纜等被動元件，元件品質(zhì)的好壞都會影響信號的特性，因此事前的篩選有助于保證信號的品質(zhì)。 例如透過頻譜分析儀的追蹤產(chǎn)生器來評估待測物件（DUT）的頻率反應(yīng)特性，量測的結(jié)果可由繪圖儀器（Plotter）輸出而獲得資料。 量測頻率的范圍可事先一次設(shè)定，并一次獲得其對應(yīng)的關(guān)系曲線，如此將大幅減少過去透過示波器及函數(shù)產(chǎn)生器必須依不同頻率逐點量測的繁復(fù)操作程序。

　　利用頻譜分析儀本身的追蹤產(chǎn)生器（Tracking Generator）功能，產(chǎn)生掃瞄信號經(jīng)由DUT傳送到頻譜分析儀的射頻接收器，由DUT的頻率響應(yīng)和短接線的量測響應(yīng)，相互比較之，亦可得出DUT的介入損失（Insertion Loss），同樣方式將可得到其它相關(guān)元件的頻率響應(yīng)量測值。

　　失真度量測

　　由傅立葉方程式可得知，除了不失真的諧振波（正弦波）之外，任何波形除了基本波，都還包括高諧波的分量，例如周期性的鋸齒波（Periodic Sawtooth Wave）等，依傅立葉方程式展開，其對應(yīng)的數(shù)學(xué)式顯示出無限個諧波，而諧波成份在頻譜分析儀中可清楚顯示。

示波器無法測知信號的失真度，僅能顯示信號波形與時間的關(guān)系，但頻譜分析儀由對應(yīng)的諧波頻譜，可準確地評估信號的諧波信號與振幅，進而評估失真度的大小。

通訊監(jiān)測

無線通訊因頻譜使用的規(guī)定，必須使用高頻，并經(jīng)由天線收發(fā)信號，透過頻譜分析儀搭配天線很容易偵測目前通訊信號的強度與載波的頻率，例如使用方向性天線，二組量測設(shè)備便能找出信號源，這也是相關(guān)單位取締非法電波（如非法地下電臺）的主要偵測技術(shù)。

依據(jù)需要可將頻譜分析儀之掃描頻寬適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，例如縮小或放大，進行細微的調(diào)整以評估受測地區(qū)的干擾信號狀況，這種方法可做為設(shè)計某地區(qū)通訊電臺或各類行動通訊系統(tǒng)基地臺的參考。 由方向性天線的調(diào)整量所測得的最高信號振幅，便可依天線的方向性判定信號源方向，若配合鄰近的另一組監(jiān)測裝置，由兩組天線方向的交叉點就可得出信號源的位置，立即可偵測得知發(fā)射源的位置，以這種方法，透過更多組的量測將可準確得到發(fā)射源。

有線電視影像資訊的量測

有線電視（CATV）是透過同軸電纜或光纜電纜等纜線傳送視訊到用戶家中。 由于科技的發(fā)展，為了減少挖馬路埋設(shè)纜線的施工困難度并降低成本，已有廠商提議開放微波傳送或透過衛(wèi)星以對點（Spot）的方式將訊號傳送到用戶家中，目前北美已有服務(wù)供應(yīng)商針對北加州用戶發(fā)射具有150個視訊頻道的衛(wèi)星訊號。 因此纜線、微波與衛(wèi)星傳送視訊的方式已并存應(yīng)用于市場上，提供收視戶更多元化的選擇。

CATV系統(tǒng)的主要功能是傳送影像節(jié)目與數(shù)據(jù)資料，并保持系統(tǒng)的正常運作，傳輸100個左右或更多頻道視訊，以及用戶終端資料檢索控制信號的適時反應(yīng)等雙向互動式服務(wù)等功能。 在CATV系統(tǒng)中包括種類繁多的視訊信號，例如電壓與電流振幅、增益、頻率及功率等，其中增益、功率大多以對數(shù)值表示之。 而射頻信號的振幅、頻率可由一般儀器（如示波器）量測得之，信號相位（Phase）則由向量示波器（Vector Scope）量測，所謂向量示波器是具有極穩(wěn)定之環(huán)形時基示波器，可用于核對兩信號間的時間延遲。 而頻譜分析儀正是CATV信號量測不可或缺的電子設(shè)備。

天線特性的量測

頻譜分析儀除了量測空氣中的信號強度振幅外，只要搭配橋接器（Bridger）也能量測反射損失（Return loss）。 由于行動電話的普及，基地臺在城市中數(shù)量相當(dāng)多，由于電磁輻射傷害的疑慮一直困擾著使用者，因此，電磁波強度量測已逐漸被大家重視。 頻譜分析儀也可針對天線輻射強度或任意空間電磁強度進行量測。

頻譜分析儀之使用

對于測量的可測與不可測與否，完全取決于頻譜分析儀的設(shè)定。 這包括了對衰減器、頻率范圍與解析度頻寬的設(shè)置。 頻譜分析儀的設(shè)定包括頻率范圍、解析度和動態(tài)范圍，動態(tài)范圍又涉及最大輸入功率即燒毀功率，增益壓縮使小于1W的輸入信號一旦超過線性工作區(qū)域便會出現(xiàn)誤差。 此外靈敏度也是考慮頻譜分析儀對輸入信號可測與否的關(guān)鍵。

參數(shù)頻率范圍要從兩個方面觀察，一是頻率范圍的設(shè)定是否夠窄，以具有足夠的頻率分辨能力，也就是夠窄的掃頻寬度。 二是頻率范圍是否有足夠的寬度，是否可以測到第二次、第三次諧波。 當(dāng)用頻譜分析儀測量一個放大器諧波失真的時候，若放大器為1GHz，則它的三次諧波就是3GHz，這就是要考慮頻率范圍的最大可測寬度。 如果頻譜儀是1.8GHz，就不能進行量測，如果頻譜分析儀是26.5GHz，就可以測到它的第三，第四次諧波。

解析度也是頻譜分析儀中非常重要的參數(shù)設(shè)定。 解析度表示當(dāng)要測量兩個頻率的功率不一樣時，必須將它們區(qū)分開來。 將中頻頻寬設(shè)置成三種不同的寬度，下面所對應(yīng)的就是在這一頻寬設(shè)置時所看到的曲線。 中頻頻寬越窄則解析度越高，中頻頻寬越寬則解析度越低。 解析度頻寬直接影響到微小信號的識別能力和測量的結(jié)果。

頻譜分析儀的**狀態(tài)是由許多因素與參數(shù)所決定，因此需要全盤考量，而非追求單一指標的完美，對各種基本因素與測量類型進行分析，才能達到趨于更精確的量測結(jié)果。