频谱分析仪是什么

　　一．频域与时域

　　对于新手，通常会有疑问“什么是频谱仪？为什么用频谱仪进行信号分析？”我们通常会以时间为参照，来记录某时刻发生的事件，在测量电信号时也是如此。比如，用示波器观察某个电信号的值瞬间变化，示波器上显示的是电压随时间的变化，也就是在时域中观察信号的波形。根据傅里叶变换时域中的任何信号都可以由一个或者多个具有适当频率，幅度和相位的正弦波叠加而成。换句话说，任何时域信号都可以变换成相应的频域信号，通过频域测量可以得到信号在某个特定频率上的能量值。比如图1-1中的信号，可以分解为若干个独立的正弦波，然后在频谱仪上显示，对每个正弦波单独进行分析。

　　为了正确地从时域变换到频域，理论上必须涉及信号在整个时间范围、即在正负无穷大的范围内的各时刻的值，不过在实际测量时我们通常只取一段有限的时间长度。按照傅立叶变换理论，信号同样也可以从频域变换到时域，当然，这涉及理论上在正负无穷大的频率范围内对信号的所有频谱分量值作出估计。例如，在把方波变换到频域时如果不保存相位信息，再变换回来的波形可能就是锯齿波了。

　　二．什么是频谱？

　　频谱分析仪，简单理解就是一种测量频率与信号峰值的电压表，他显示的是正弦波的有效值。虽然他直接显示出来的是功率值，但它不是功率计，而是通过测试正弦波的峰值和已知的电阻值来计算出功率值的。

　　比如上图1-1显示了一个复合信号的波形。假定我们希望看到的是正弦波，但显然图示信号并不是纯粹的正弦形，而仅靠观察又很难确定其中的原因。图1-2同时在时域和频域显示了这个复合信号。频域图形描绘了频谱中每个正弦波的幅度随频率的变化情况。如图所示，在这种情况下，信号频谱正好由两个正弦波组成。

　　三．为什么要测量频谱？

　　在无线通信领域，人们非常关心带外辐射和杂散辐射。例如在蜂窝通信系统中，必须检查载波信号的谐波成分，以防止对其他有着相同工作频率与谐波的通信系统产生干扰。工程师和技术人员对调制到载波上的信息的失真也非常关心。

　　三阶交调（复合信号的两个不同频谱分量互相调制）产生的干扰相当严重，因为其失真分量可能直接落入分析带宽之内而无法滤除。

　　频谱监测是频域测量的又一重要领域。政府管理机构对各种各样的无线业务分配不同的频段，例如广播电视、无线通信、移动通信、警务和应急通信等其他业务。保证不同业务工作在其被分配的信道带宽内是至关重要的，通常要求发射机和其他辐射设备应工作于紧邻的频段。在这些通信系统中，针对功率放大器和其他模块的一项重要测量是检测溢出到邻近信道的信号能量以及由此所引起的干扰。

　　电磁干扰（EMI）是用来研究来自不同发射设备的有意或无意的无用辐射。在此我们关心的问题是，无论是辐射还是传导（通过电力线或其他互导连线产生），其引起的干扰都可能影响其他系统的正常运行。根据由政府机构或行业标准组织制定的有关条例，几乎任何从事电气或电子产品设计制造的人员都必须对辐射电平与频率的关系进行测试。我们经常需要对噪声进行测量。任何有源电路或器件都会产生额外噪声。通过测量噪声系数和信噪比（SNR）能够描述器件的性能及其对总体系统性能的影响。图1-3至1-6列举了几个应用实例。

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