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頻譜分析儀使用
圖示測試儀
什么是頻譜分析儀在頻域內分析信號的圖示測試儀。以圖形方式顯示信號幅度按頻率的分布，即X軸表示頻率，Y軸表示信號幅度。
原理
用窄帶帶通濾波器對信號進行選通。
主要功能
顯示被測信號的頻譜、幅度、頻率?？梢匀帮@示，也可以選定帶寬測試。
測量機制
1．把被測信號與儀器內的基準頻率、基準電平進行對比。因為許多測量的本質都是電平測試，如載波電平、A/V、頻響、C/N、CSO、CTB、HM、CM以及數字頻道平均功率等。
2．波形分析：通過107選件和相應的分析軟件，對電視的行波形進行分析，從而測試視頻指標。如DG、DP、CLDI、調制深度、頻偏等。

頻譜分析儀分為實時分析式和掃頻式兩類。前者能在被測信號發生的實際時間內取得所需要的全部頻譜信息并進行分析和顯示分析結果；后者需通過多次取樣過程來完成重復信息分析。實時式頻譜分析儀主要用于非重復性、持續期很短的信號分析。非實時式頻譜分析儀主要用于從聲頻直到亞毫米波段的某一段連續射頻信號和周期信號的分析。
掃頻式頻譜分析儀
它是具有顯示裝置的掃頻超外差接收機，主要用于連續信號和周期信號的頻譜分析。它工作于聲頻直至亞毫米的波頻段，只顯示信號的幅度而不顯示信號的相位。它的工作原理是：本地振蕩器采用掃頻振蕩器，它的輸出信號與被測信號中的各個頻率分量在混頻器內依次進行差頻變換，所產生的中頻信號通過窄帶濾波器后再經放大和檢波，加到視頻放大器作示波管的垂直偏轉信號，使屏幕上的垂直顯示正比于各頻率分量的幅值。本地振蕩器的掃頻由鋸齒波掃描發生器所產生的鋸齒電壓控制，鋸齒波電壓同時還用作示波管的水平掃描，從而使屏幕上的水平顯示正比于頻率。
工作原理、用掃頻振蕩器作為超外差接收機的本機振蕩器，當選擇開關S置于1，鋸齒波掃描電壓對本機振蕩器I進行掃頻，輸入信號中的各個頻率分量在混頻器中與本機掃頻信號進行差頻，它們依次落入中放窄帶濾波器的通帶內，被濾波器選出，經二次變頻、檢波、放大后，加到示波管的垂直偏轉系統，使屏幕上的垂直顯示正比于各個頻率分量的振幅。掃描電壓同時加到示波管的水平偏轉系統，從而使頻幕的X坐標變成頻率坐標，并在屏幕上顯示出被分析的輸入信號頻譜圖。上述工作方式在本機振蕩器I上進行掃頻，稱“掃前式”工作模式，具有很寬的分析頻帶。當S置于2時，也可在本機振蕩器Ⅱ上進行掃頻，稱“掃中頻式”工作模式，這時可進行窄帶頻譜分析。
實時式頻譜分析儀
在存在被測信號的有限時間內提取信號的全部頻譜信息進行分析并顯示其結果的儀器主要用于分析持續時間很短的非重復性平穩隨機過程和暫態過程，也能分析40兆赫以下的低頻和極低頻連續信號，能顯示幅度和相位。傅里葉分析儀是實時式頻譜分析儀，其基本工作原理是把被分析的模擬信號經模數變換電路變換成數字信號后，加到數字濾波器進行傅里葉分析；由*處理器控制的正交型數字本地振蕩器產生按正弦律變化和按余弦律變化的數字本振信號，也加到數字濾波器與被測信號作傅里葉分析。正交型數字式本振是掃頻振蕩器，當其頻率與被測信號中的頻率相同時就有輸出，經積分處理后得出分析結果供示波管顯示頻譜圖形。正交型本振用正弦和余弦信號得到的分析結果是復數，可以換算成幅度和相位。分析結果也可送到打印繪圖儀或通過標準接口與計算機相連。

頻譜分析是觀察和測量信號幅度和信號失真的一種快速方法，其顯示結果可以直觀反映出輸入信號的傅立葉變換的幅度。信號頻域分析的測量范圍極其寬廣，超過140dB，這使得頻譜分析儀成為適合現代通信和微波領域的多用途儀器。頻譜分析實質上是考察給定信號源，天線，或信號分配系統的幅度與頻率的關系，這種分析能給出有關信號的重要信息，如穩定度，失真，幅度以及調制的類型和質量。利用這些信息，可以進行電路或系統的調試，以提率或驗證在所需要的信息發射和不需要的信號發射方面是否符合不斷涌現的各種規章條例。
現代頻譜分析儀已經得到許多綜合利用，從研究開發到生產制造，到現場維護。新型頻譜分析儀已經改名叫信號分析儀，已經成為具有重要價值的實驗室儀器，能夠快速觀察大的頻譜寬度，然后迅速移近放大來觀察信號細節已受到的高度重視。在制造領域，測量速度結合通過計算機來存取數據的能力，可以快速，和重復地完成一些極其復雜的測量。
有兩種技術方法可完成信號頻域測量（統稱為頻譜分析）。
1．FFT分析儀用數值計算的方法處理一定時間周期的信號，可提供頻率；幅度和相位信息。這種儀器同樣能分析周期和非周期信號。FFT的特點是速度快；精度高，但其分析頻率帶寬受ADC采樣速率限制，適合分析窄帶寬信號。
2．掃頻式頻譜分析儀可分析穩定和周期變化信號，可提供信號幅度和頻率信息，適合于寬頻帶快速掃描測試。
FFT分析儀能夠完成多通道濾波器式同樣的功能，但無需使用許多帶通濾波器，它使用數字信號處理來實現多個獨立濾波器相當的功能。從概念上講，FFT方法是簡單明確的：對信號進行數字化，再計算頻譜。實際上，為了使測量具有意義，還需要考慮很多因素。
FFT的實質是基帶變換，換句話說，FFT的頻率范圍總是從0Hz開始并延伸到某個頻率處。這對需要分析較窄頻帶（不是從直流開始）的測量情況可能是一個重大限制。例如，FFT分析儀具有取樣頻率，FFT的頻率范圍是0Hz到128KHz。若N=1024，則頻率分辨力將是，故不能分辨間隔小于250Hz的譜線。
提高頻率分辨力的一種方法是時間記錄中的取樣點數N，這也FFT輸出的節點數。不過，問題在于，這會增加FFT所要處理的數組長度，從而增加計算時間。FFT算法的計算時間往往限制了儀器的性能（比如屏幕刷新速度），所以增加FFT的長度往往是可取的。
另一種方法是使用數字下變頻器，對于帶限信號，進行數字下變頻，這樣等效降低了采樣速率，可以提高頻率分辨力。ADC的輸出與數字正弦波相乘，借助數字混頻使數字正弦波的頻率降低。

噪聲特性
由于電阻的熱敏效應，任何設備均具有噪聲，頻譜分析儀亦不例外，頻譜分析儀的噪聲，本質上是熱噪聲，屬于隨機性（Random），它能被放大與衰減，由于系隨機性信號，兩噪聲的結合只有相加而無法產生相減的效果。在頻帶范圍內也相當平坦，其頻寬遠大于設備內部電路的頻寬，檢測器檢知的噪聲值與設定的分辨率頻寬（RBW）有關。由于噪聲是隨機性迭加于信號功率上，因此顯示的噪聲準位與分辨率頻寬成對數的關系，改變分辨率頻寬時噪聲隨之變化，噪聲改變量相關的數學式如下所示：
例如：頻寬從100kHz（BW1）調整到10kHz（BW2），則噪聲改變量為：
亦即降低噪聲量10dB （為原來的1/10），相對提高訊號與噪聲比10dB。由此可知，純粹要降低噪聲量，使用窄寬度的頻寬將能達到目的。不論噪聲來之于外部或內部產生，量測時均將影響信號振幅的準確性，特別在低準位信號時，更是如此，噪聲太大時，甚至掩蓋信號以致無確判斷信號的大小，影響量測質量的兩種噪聲可概括為下列項：
⑴.產生于交換功能的數字電路、點火系統與DC 馬達脈沖噪聲，這類噪聲常見于EMI（Electromagnetic Interference）的討論領域里。
⑵. 隨機性噪聲來之于自然界或電路的電子移動，又稱之為KTBW （或稱熱敏）噪聲、Johnson 噪聲、寬帶噪聲或白氏（White）噪聲等，本書主要以熱敏噪聲為重點，數學式為：
Pn =kTBW ，⑸
其中：Pn =噪聲功率= 3.98*10?21 瓦/Hz 或-174dB/Hz
k=Boltzman 常數，1.38*10?23 joule/oK
T=溫度表示的常溫=290 oK
BW=系統的噪聲功率頻寬（Hz）。
在4MHz、75 Ω、290 oK 時的噪聲功率為-59.1dBm。由噪聲功率得知，信號頻寬降低，系統噪聲功率隨之降低，信號的質量以信號噪聲比表示
（SNR；Signal-to-Noise Ratio），信號強度（單位為dBm）與系統噪聲功
率（單位為dBm）的相減值即為信號噪聲比，數學式為：
匹配因素
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