频谱分析仪测功率的原理
频谱分析仪测功率的原理
频谱分析仪是一种用于测量信号在频率域内能量分布的仪器，广泛应用于射频（RF）、微波信号和音频信号的测试与分析。本文将详细介绍频谱分析仪的工作原理、使用方法以及如何进行信号测量。
频谱分析仪的工作原理
频谱分析仪（或频谱仪）是一种测量信号在频率域内能量分布的仪器。它主要用于测试和分析射频（RF）、微波信号和音频信号等。
根据工作原理分类，频谱仪一般可以分为超外差式（扫频式）频谱分析仪和傅里叶频谱分析仪。
超外差式频谱仪原理
信号进入机器后，经过衰减器、放大器、滤波器后与本振信号进行混频，输入信号和本地振荡器的输出信号结合后，生成和频及差频分量。频谱分析仪选择其中的一个（通常是差频分量），将其作为中频信号。中频信号经过带通滤波器处理，以隔离所需频率范围。这帮助消除不需要的噪声和杂散信号，提高信号的信噪比。检测后的信号由模数转换器（ADC）进行数字化，然后通过数字信号处理(DSP)来计算傅里叶变换（FFT），以实现频谱分析。处理后的数据通过显示器呈现，通常以频率-功率的二维图形形式展示。
傅里叶频谱分析仪原理
傅里叶频谱分析仪最重要的就是并行采样与快速的FFT运算。如果是串行采样，频谱仪在对信息进行处理的时间内将无法采集信号，这就会产生较大的死区时间。采用并行采样，在处理的同时仍能对信号进行采集。那么只要处理的速度比采集的速度更快，就可以实现无死区时间的信号采集，也就是实时频谱。而如果FFT速度不够快，那么采集缓存里的数据会溢出，从而导致数据丢失，相当于产生了新的死区时间。
需注意的是，每个计算的时间T内，不仅包含着FFT的计算处理时间，还需要包含功率谱的迹线类型计算、各种显示模式的更新等。
如何使用频谱仪获取信号
在使用频谱仪的过程中，熟练地调节中心频率，衰减放大，RBW等值，是能够快速找到想要看到的信号的关键所在。
设置合适的中心频率和扫宽是观测信号的第一步，对于具体频率位置的信号可以选择全扫宽对信号进行搜索。同时衰减放大的设置同样决定了是否可以看到信号。如下图所示，当输入衰减35dB和关闭前置放大的情况下，频谱仪底噪大概在-30dBm，1GHz、-40dBm的信号会被底噪淹没无法观测。而当把输入衰减调到0dB时，频谱仪底噪下降到约70dBm，此时可以观测到明显的信号。此时如果将前置放大打开，底噪将继续往下降20dB。
在找到信号之后，就可以把信号所在频点设置为中心频率，并通过调节RBW。对比下方两张图片可以看出，当RBW越大，信号的旁带就越高，因此RBW是决定能否观测临近等幅信号的关键。同时可以发现当RBW由大变小的时候，频谱仪底噪也会随之下降。因此当输入衰减关闭、打开前置放大后仍需要降低带宽时就可以通过减低RBW实现。但是降低RBW也会带来扫描时间的增加，想要同时低RBW加上低扫描时间，则需要把扫宽减低。
如何用频谱仪进行测量
在捕获到稳定的信号之后，就可以通过频谱仪进行一些参数的测量。例如通过peak即可快速定位功率最大的频率点，并获取去频率值与功率值。
对于扫频信号，还可以打开连续峰值功能。此时的光标将持续跟踪功率最大点进行更新。
除了单频点的频率与功率这些基础测量，还可以在高级测量中打开邻道测量、多通道测量等功能。邻道功率可以测量主信道功率值、前后邻近两信道功率值及其与主信道的功率差。如果我们需要对多个频点的信号功率进行测量也可以使用多通道测量。
总结
频谱仪就是通过FFT把时域信号转换成频域信号，此时的横坐标为频率，纵坐标为功率。在测量时可以先通过调节中心频率、放大衰减、RBW等找到信号，再通过peak等功能对信号进行测量。