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(yù)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(dá)、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(shí)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(jìn)行處理，逐點(diǎn)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(jī)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(shí)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(jìn)行全時域數(shù)字化處理，實(shí)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(xì)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(qiáng)，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(hù)、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(diǎn)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(zhǔn)確地評估信號的諧波信號與振幅，進(jìn)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(qiáng)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(jìn)行細(xì)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(diǎn)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(zhǔn)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(diǎn)（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(yùn)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度或任意空間電磁強(qiáng)度進(jìn)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(jìn)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(biāo)的完美，對各種基本因素與測量類型進(jìn)行分析，才能達(dá)到趨于更精確的量測結(jié)果。