频谱分析仪使用中的小技巧深入剖析
发布时间：2020-08-10
来源：罗姆半导体社区 (https://rohm.eefocus.com)
以下是一些频谱分析仪的使用技巧：
预设参数：在开始测试之前，根据所需的频率范围和分辨率设置适当的参数。这包括中心频率、带宽、参考电平和视频带宽等。正确选择这些参数可以提高测试结果的准确性。
校准仪器：定期校准频谱分析仪以确保准确度。校准过程会修正任何偏差，从而提供准确的测量结果。
信号输入：将待测信号正确连接到频谱分析仪的输入端口。确保信号源的输出级别不超过分析仪的可承受范围，以防止损坏设备。
观察显示：观察频谱分析仪的显示屏，了解信号的频率分布和幅度。可以通过缩小或放大显示范围来更清晰地观察信号的细节。
谐波分析：对于有周期性信号，可以使用频谱分析仪检测其谐波分量。谐波分析有助于评估信号的质量和失真情况。
抗干扰：频谱分析仪具有抗干扰特性，但在高干扰环境中，可能需要采取额外的措施来减少干扰。这包括使用屏蔽电缆、增加滤波器以及移动设备和其他干扰源之间的距离。
数据分析：现代频谱分析仪通常具有数据存储和分析功能。利用这些功能可以记录和分析多个测试结果，比较不同信号或时间段的数据，并生成报表。
学习参考资料：频谱分析仪是一种复杂的仪器，需要一定的专业知识和经验才能充分利用其功能。阅读仪器的用户手册、参考书籍和在线资源，以了解更多关于频谱分析仪的使用技巧和应用案例。
通过掌握这些使用技巧，您可以更有效地操作频谱分析仪，获得准确可靠的测试结果，满足实际应用需求。
一、合理设置SPAN、RBW、VBW三大参数
频谱分析仪的Frequency（中心频率）、SPAN（扫宽）、Amplifier（参考电平）是实际工作中操作最为频繁的3个设置参数，大部分数字频谱仪面板都特别加大了这3项设置的按钮，以方便操作。而SPAN（扫宽）、RBW（分辨率带宽）、Amplifier（参考电平）是频谱仪工作的最重要的3大参数。
很多新手喜欢一上来就设置很大的SPAN参数，这会导致频谱仪自动调整使用较大的RBW数值，不利于观察信号特性。使用过大的RBW会使信号显示失真，另外当两个频率很相近的信号在大RBW分辨率下容易混淆在一起，无法区分。一般扫频式数字频谱仪的SPAN、RBW、SWEEP TIME（扫频时间）三者在默认自动设置状态下是相关联动的，频谱仪为了保持频谱图显示的实时性，当SPAN增大时会自动提高RBW，以确保扫频时间（SWEEP TIME）不至于太长。
如果用户在SPAN很大的情况下，手动设置较小的RBW，那么频谱仪将被迫出现较长的扫频时间。实际操作中不适当的设置可使频谱的SWEEP TIME长达几十秒甚至上百秒，理想状态下一秒钟刷新几十次的频谱图，变成几十秒才慢慢扫描出一幅频谱图，这时已经基本失去了实用性。
对于合理设置SPAN、RBW和VBW三大参数，以下是一些建议：
SPAN（扫宽）：根据需要观察的信号频率范围来选择SPAN。过大的SPAN会导致RBW增大，可能无法捕捉到细小的信号特征，而过小的SPAN则可能限制了观察整个频谱范围的能力。因此，应根据实际需求选择适当的SPAN值。
RBW（分辨率带宽）：RBW决定了频谱分析仪在频率轴上的分辨率。较小的RBW可以提高频谱分析仪的分辨率，但也会增加扫频时间。选择适当的RBW以确保能够捕捉到所需分辨率的信号特征，并平衡扫频时间的要求。
VBW（视频带宽）：VBW是用于平滑显示频谱图的带宽。较小的VBW可以提供更清晰的信号特征显示，但也会导致噪声增加。较大的VBW则可以平滑显示信号，但可能会模糊细小的信号特征。根据所需的信号分析要求和噪声水平，选择适当的VBW。
总的来说，合理设置SPAN、RBW和VBW参数是为了平衡频率范围、分辨率和显示质量之间的关系。应根据具体应用场景和要求，选择适当的参数值以获得准确且清晰的信号特征显示，并确保扫频时间在可接受范围内。
设置频谱仪的SPAN、RBW和VBW参数需要注意一些关键点。首先，合理选择SPAN的范围是非常重要的。过大的SPAN会导致RBW增大，从而影响小信号的显示。相反，过小的SPAN可能限制了观察整个频谱范围的能力。因此，根据实际需求选择适当的SPAN值至关重要。
其次，RBW决定了频谱分析仪在频率轴上的分辨率。较小的RBW可以提高分辨率，但也会增加扫频时间。要平衡分辨率和效率，一般建议将RBW设置为信号自身带宽的1/3到1/20之间，具体取决于应用需求。如果RBW设置过大，可能会导致信号特征失真或难以区分相近频率的信号。
此外，VBW是用于平滑显示频谱图的带宽。较小的VBW可以提供更清晰的信号特征显示，但也会增加噪声水平。较大的VBW则可以平滑显示信号，但可能会模糊细小信号的特征。根据信号分析需求和噪声水平，选择适当的VBW。
根据经验，对于窄带信号，可以将SPAN设置为信号自身带宽的5到10倍，而RBW设置为信号自身带宽的1/3到1/20。对于宽带信号，SPAN可以设置为信号带宽的2到5倍，并将RBW设置为信号自身带宽的1/10到1/20。这样的设置可以保持较好的实时性和分辨率。
最后，为了减少底噪基线的扰动，可以适当设置VBW和AVG（平均）次数。合理选择RBW和VBW的比例，通常设定为10:1，可以在降低扰动的同时保持相对较短的扫频时间。
总的来说，根据信号特征和频谱仪性能，合理选择SPAN、RBW和VBW参数非常重要。通过优化参数设置，可以获得清晰、准确的频谱图显示，同时确保实时性和信号捕捉能力。
二、善用外置衰减器
频谱分析仪的输入端口和内置衰减器主要适用于小功率信号。当需要测量高功率信号时，就需要外接独立的大功率衰减器。需要注意的是，频谱仪输入端口标注的最高输入电平值（通常为+20到+30 dBm）是指损坏电平，而不是频谱仪能够正常工作的最高输入电平。因此，在实际测量中，建议将输入信号幅度控制在0 dBm以下（即1 mW）。过高的输入信号电平可能引起频谱仪信号处理电路的互调和失真，导致虚假信号的出现，从而影响测量的准确性。
一般来说，可以采用适当衰减量的衰减器，将高功率信号衰减至-20 dBm以下再输入频谱仪。大功率衰减器价格较高，一般用户配置有限，通常会选择20 dB、30 dB、40 dB这几种常用衰减量的衰减器。如果外置衰减器的衰减量不足，可以在测量精度要求不是很高的情况下，通过串联低功率衰减器来增加总的衰减量，总衰减量为串联衰减器标称值的总和。如果外置衰减器的衰减量过大，影响对小信号的测量，可以尝试手动关闭频谱仪内部的衰减器（Attenuator），以减少信号通路中的总衰减量。
频谱仪内部衰减器在默认状态下根据输入端口电平和Amplifier参考电平进行自动调节，以保护输入端口和提高信号传输匹配。通常情况下，即使在最小状态下，仍会保留5到10 dB的衰减量。在特殊情况下，可以通过手动设置来关闭衰减器。使用外置衰减器会导致输入频谱仪的信号相应地减小。为了方便读数，大多数数字频谱仪可以设置外置衰减器的衰减量，这样在显示幅度测量数值时会自动进行折算修正，无需手动计算，便于读取结果。
三、电平刻度的转换和阻抗匹配问题
通常，频谱仪的显示刻度单位是dBm，而在场强测量和与电波传播相关的讨论中，常使用dBμV/m作为单位。因此，首先需要进行单位转换。实际上，场强测量是对标准天线端的感应电压进行测量。只需将频谱仪的读数转换为电压单位，并加上天线的天线系数，即可得到待测场强值。频谱仪的单位换算系数根据其输入阻抗不同而有所差异。对于502系统，VdBuV = PdBm + 107 dB；而对于752系统，则VdBuV = PdBm + 108.8 dB。
现代频谱仪多采用微机处理，可以自动转换显示刻度。在实际测量中，特别要注意天线阻抗与测试系统的匹配，以避免产生失配误差。由于频谱仪进行宽带扫描，所以所使用的天线也必须是宽带天线。宽带天线的VSWR（驻波比）通常较大，如果与频谱仪连接的天线不匹配，就需要重新校正所使用天线的天线系数。
在实际测量中，不宜将输入衰减器设置为0 dB位置。如果衰减器设置为0 dB，并将输入信号直接连接到混频器上，阻抗特性会变差，导致较大的失配误差。因此，建议将输入衰减器设置在非零位置。
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预设参数：在开始测试之前，根据所需的频率范围和分辨率设置适当的参数。这包括中心频率、带宽、参考电平和视频带宽等。正确选择这些参数可以提高测试结果的准确性。
