如何正確使用頻譜分析儀/信號分析儀: 頻譜分析儀/信號分析儀教學影片
使用頻譜分析儀/信號分析儀需要注意什麼的地方呢？本文提供信號分析儀和頻譜分析儀操作實例解說：由 Keysight 製作操作教學影片與技巧分享，掌握準確測量的訣竅，深入了解無線通訊應用與基本性能指標。
本文包含以下部分，可點選快速連結（附操作教學影片）
◆ 頻譜分析儀是什麼? 影片: 頻譜分析儀介面介紹與三步設置法
◆ 為什麼要測量頻譜？
◆ 頻譜分析儀基本性能指標 影片: 頻譜分析儀Auto tune及掃描時間設置操作教學
◆ 頻譜分析儀/信號分析儀操作小技巧
◆ 實際解析影片：頻譜分析儀RBW設置操作教學 / 如何使用頻譜分析儀量測大功率信號及超低功率信號 / 頻譜分析儀Marker功能及寬頻信號量測操作教學
◆ 如何保存頻譜分析儀的測量結果?
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頻譜分析儀是一種用來測量信號特性的儀器。雖然頻譜分析儀和信號分析儀這兩個術語有時可以互換使用，但實際上它們在功能和能力上有些微的差異。現代的信號分析儀可以進行更全面的頻域、時域和調製域信號分析，因此使用「信號分析儀」這個術語來描述更為精確。
頻譜分析儀主要用於測量在儀器的整個頻率範圍內，輸入信號幅度隨著頻率變化的情況。它的最主要用途是測量已知和未知信號的頻譜功率，也就是信號在不同頻率上的能量分佈情況。
而向量信號分析儀則主要用於測量在儀器的中頻寬內，輸入信號在單一頻率上的幅度和相位。它的主要用途是對已知信號進行通道內測量，例如誤差向量幅度、碼域功率和頻譜平坦度等。
信號分析儀則結合了頻譜分析儀和向量信號分析儀的功能，同時具備這兩種儀器的測量能力。這意味著信號分析儀可以同時進行頻譜分析和向量信號分析，讓使用者在測量信號特性時更加全面和便捷。
在無線通訊領域，人們特別關注帶外輻射和雜散輻射的情況。例如，在蜂窩通信系統中，我們必須檢查載波信號的諧波成分，以防止對其他有相同工作頻率和諧波的通信系統產生干擾。同時，工程師和技術人員也非常關心調製到載波上的訊息的失真情況。
頻譜監測是頻域測量的另一個重要應用領域。政府管理機構對各種無線業務進行頻段劃分，例如廣播電視、無線通訊、移動通信、警務和應急通信等等。確保不同業務在其被分配的通道頻寬內運作是至關重要的，通常要求發射機和其他輻射設備在相鄰的頻段內工作。在這些通信系統中，對功率放大器和其他模組的一項重要測量是檢測溢出到鄰近通道的信號能量以及由此引起的干擾情況。
此外，電磁干擾（EMI）也是一個重要的研究領域，用來研究來自不同發射設備的有意或無意的無用輻射。無論是輻射還是傳導（通過電力線或其他互導連線產生），引起的干擾都可能影響其他系統的正常運行。根據由政府機構或行業標準組織制定的相關法規，幾乎所有從事電氣或電子產品設計製造的人員都必須對輻射電平與頻率的關係進行測試。這是確保產品符合相關法規並減少對其他系統的干擾的重要手段。
頻譜分析儀的基本性能指標主要涵蓋頻率、幅度和測試速度三個方面，正確理解這些指標是保證測試準確和精度的前提。
◆ 分析頻寬：
分析頻寬指的是頻譜分析儀可以測量的輸入向量信號的頻率範圍。舉例來說，LTE 或者 5G 信號本身會佔據一定的頻帶。一般來說，在 sub-6G 的頻段中，FR1 分析頻寬通常達到 100 MHz，而 mxa 的 160 MHz 頻寬則足夠滿足需求。對於 FR2，有 200 MHz 或最高 400 MHz 的選項。我們會根據測試的不同信號選擇適合的分析頻寬的頻譜儀。
圖: Keysight頻譜分析儀/信號分析儀解決方案
◆ 頻率範圍：
頻率範圍指的是頻譜儀可以正確工作的最大頻率範圍。頻率解析度則是指頻譜儀可以分辨兩個頻率之間信號的能力。這兩者與我們的 Rbw（分辨頻寬）是相關的。
◆ 頻率精度：
頻率精度指的是頻譜儀頻率軸讀數的精確度，影響因素包括本振穩定度、掃描寬度、解析度頻寬等。頻率精度分為絕對頻率精度和相對頻率精度。幅度精度也有絕對和相對之分，絕對精度指信號功率電平的精確度；相對精度指測量兩個信號間差異的精確度，其中一個信號作為參考。
在無線收發系統中，工程師關注放大器（PA）、低噪放（LNA）和射頻前端元件（FEM）等的特性。測量人員不僅用正弦信號評估放大器的基本特性（如增益、諧波、雜散、互調失真等），還使用真實寬頻信號（如5G NR、WALN等）測量元件在帶內和帶外的失真特性。
了解頻譜分析儀的基礎原理與基本性能指標之後，使用頻譜分析儀/信號分析儀需要注意什麼的地方呢? 接下來將提供頻譜分析儀/信號分析儀操作小技巧並針對常見的問題進行說明。
◆ Tips1：正確設置儀器的ATT
頻譜分析儀的首要部分是衰減器。它的主要作用是確保信號在輸入混頻器時處於適當的電平，以防止超載、增益壓縮和失真。頻譜儀內部的衰減器通常會根據基準電平值自動設置，同時也可以手動選擇10dB、5dB、2dB甚至1dB的步進來進行調整。當測量帶有增益的設備（例如功率放大器）時，我們需特別注意頻譜儀的輸入信號不要超過其可承受的最大功率，因此通常我們會在頻譜儀的RF輸入端添加外部衰減器，以保護儀器。
在測量放大器的諧波和互調時，我們需要同時觀察高功率和低功率信號，這時要特別留意頻譜儀內部的失真情況。為了有效解決這個問題，我們可以手動增加一些內部衰減器的設置。
◆ Tips2：正確設置儀器的RBW
降低頻譜分析儀的RBW具有兩個重要優勢：
1、較小的RBW可以使頻譜儀在頻域上更好地分辨兩個靠得更近的信號
2、通過降低RBW，我們可以有效減少頻譜儀的本底雜訊，從而降低在測量微小信號時的誤差。
例如，當解析度頻寬從100kHz降低至10kHz時，頻譜儀的本底雜訊可降低10 dB，進一步提高測量的準確性。
然而，降低RBW的缺點是會增加頻譜儀的掃描時間。在傳統的模擬解析度濾波器中，掃描速率與解析度頻寬的平方成反比。但現在，由Keysight推出的X系列頻譜分析儀採用了全數位中頻結構，這帶來了全新的優勢。不僅可以最小設置到1Hz的RBW，而且通過FFT技術，可提升掃描速度，讓我們在高解析度和高效率之間取得更好的平衡。
◆ Tips3：正確設置信號的路徑
通常在進行頻譜分析時，我們可能不太關注信號路徑對測量的影響。對於大多數輸入信號，使用標準信號路徑（Standard Path）已經足夠滿足需求。不過，在一些特殊情況下，我們可以選擇不同的信號路徑以獲得更佳的測量效果。
1、信號幅度非常微弱（例如<-70dBm），即使降低RBW仍無法保證測量速度，這時可以啟用頻譜儀的內部放大器（Internal Preamp），同時將衰減器設置為0。儀器的內部放大器相比標準路徑，可以降低10dB以上的本底雜訊，但要注意內部放大器的1dB壓縮點比標準路徑小20dB以上，因此需要小心壓縮引起的失真問題。
2、當測量的信號頻率高於3.6GHz時，可選擇低雜訊路徑（Low Noise Path，簡稱LNP），以同時觀測大信號和小信號。相較於標準路徑，低雜訊路徑（LNP）的動態範圍並無明顯變化，但隨著頻率的升高，可以有效降低頻譜儀的本底雜訊，提高測量的靈敏度。
在實際應用中，根據不同測量需求和信號特性，選擇合適的信號路徑，有助於提高測量精確度和效率。
◆ Tips4：如何在頻譜/信號分析儀記錄中更快的找到需要的資訊？
當我們的信號分析儀記錄非常長時，有時確實會讓人難以快速找到需要的訊號。雖然目前尚未有完美的解決方法，但我們可以提供一些建議。
如果能夠重新執行記錄，可以採用以下方法：在記錄過程中使用 "TraceMax 保持" 功能，這樣可以找到需要的訊號，然後使用 Frequency MaskTrigger在另一個記錄會話中有選擇的儲存跡線。
另外，使用頻譜圖模式運行記錄也是一個不錯的選擇。在頻譜圖模式下，訊號的跡線可以在螢幕上以捕獲顏色過渡的眼圖形式顯示，這樣可以在較長的時間內觀察信號的變化。此外，頻譜圖模式還可以減緩重播速度，進一步突顯信號的特點，讓您更加輕鬆地尋找需要的資訊。
◆ Tip5：是否可以將頻譜分析儀當做網路分析儀使用？
是的，有兩種方法可以將頻譜分析儀用作網路分析儀，但這些方法只能進行純量測量，而不能像真正的網路分析儀那樣進行向量測量。
方法1：使用頻譜分析儀內置的追蹤信號源。大部分是德科技的頻譜分析儀都提供了這個選項。通過這種方法，可以測量設備的反射係數，但需要使用方向耦合器來收集反射功率。
方法2：使用獨立的信號源。使用這種方法時，需要外部信號源，並可選配耦合器。但值得注意的是，頻譜分析儀的掃描速度必須快於信號源的掃描速度。然而，這種方法通常不被推薦，因為其測量精度較低。
在校準方面，可以採用歸一化的方法。這種方法可以消除接收端和輸出端的頻率響應對測量結果的影響。相比之下，真正的網路分析儀使用更強大的誤差校準技術，可以進一步消除不匹配和交調帶來的影響。因此，通常情況下，相對於頻譜分析儀的方法來說，網路分析儀能夠實現更準確的測量結果。
▲ [實際影片] 如何保存頻譜分析儀的測量結果
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