频谱分析仪的发展应用和实战操作

在业余电台中的典型应用

测量发射机的发射频谱和带外辐射是频谱仪在业余电台中的典型应用之一。
理想的发射机发出的射频信号应该仅为工作频率的信号，但实际上，由于电子电路的一些特性，发射机在输出主射频信号的同时还会输出一些谐波，典型的情况就是会在工作频率的整数倍频上出现谐波发射。例如，一部工作在7.050MHz发射的电台，多多少少会在2倍频14.100MHz、3倍频21.150MHz 等倍数频率上发射。有兴趣的爱好者可以做一个简单的试验，用一部对讲机在145MHz上发射，同时在很近的距离用另一部对讲机在435MHz频率上接收（正好是2m波段对讲机工作频率的3倍），一定会听到145MHz对讲机发出的声音，这就说明存在倍频谐波发射。谐波的发射如果不加以控制，会无意中干扰其他的通信和电子设备工作，所以发射机在功率放大器的后级都设有低通滤波器，以尽量抑制高次谐波的输出。

国家对无线电设备的带外发射有严格的规定，杂波散射也是无线电管理局对发射机强检的必然项目。实际设备使用中，由于设备故障或者滤波器元器件老化等原因，都会引起发射机杂波增大。频谱仪是检测带外发射的利器，通过频谱仪的搜索功能可以检测到发射机的带外发射点以及每个发射点的输出幅度。对于自制发射机和功率放大器的业余电台爱好者，通过频谱仪，能有效调整末级滤波器，将带外辐射抑制到最小，同时将对主通信信号的影响降到最低。另外，在HAM自制电台时，频谱仪还能很方便地观察频率合成器输出信号的纯度。

有些具备跟踪信号发生器的频谱仪能够测量两端口网络的频幅特性，被很多业余电台爱好者视为调整带通滤波器和中继台双工器的理想工具（当然，使用矢量网络分析仪更好）。如果配合驻波电桥使用，频谱仪可以以图形曲线的方式显示出天线的频幅特性，这对制作天线十分有利。HAM可以借此迅速直观地了解DIY天线的匹配情况和带宽并加以修正，使用起来比单一驻波比表要方便多了。

实战操作

下文以业余无线电爱好者使用比较多的Agilent ESA-L系列频谱仪为例，介绍一下其简单的设置和使用。该款频谱仪属于目前国内市场上数字频谱仪的典型产品。

Agilent ESA-L系列频谱仪为典型新型数字化频谱仪，继承了HP频谱仪操作界面。
第一步，开机预热。E4403具有很强大的自动测量功能，可以显示频率和信号幅度。频谱仪外接功率衰减器，衰减量可以事先输入频谱仪，这样频谱仪在自动测量信号幅度时会自动加入运算，省得用户自己再做加减法。

第二步，设定中心频率，在E4403控制面板左上角按下“FREQUENCY”长条状按键，通过数字键盘直接输入频率数据即可。E4403频率设置有两种方式，一种是设置中心频率，另一种是设置扫描起始频率和结束频率，通过屏幕边上的软键可以选择。

第三步，设置扫描宽度，按下控制面板左上角“SPAN”长条状按键，然后直接输入扫描带宽即可。系统会自动选择适合的RBW和VBW分辨率，如果用户有特殊需求，也可以手动设定RBW/VBW。

第四步，设定参考电平幅度。按下控制面板左上角的“AMPLITUDE”长条状按键，然后输入参考电平（也可以使用控制面板上的飞梭调节），通过参考电平调节使得信号在频谱图上有较好的显示。

E4403的详细设定非常复杂，上面提到的只是最简单的基础设定。有时，做一些高级设定时会出现仪器表现异常的情况，此时可以按控制面板右上角的绿色“Preset”键恢复基本设定状态，然后重新操作。

频谱仪输入端口的功率比较小，一般最高输入功率不超过1W（30dBm），所以遇到像对讲机、短波电台等大功率信号时，需要使用衰减器来将信号等比缩减后再输入频谱仪。最容易损坏频谱仪的误操作就是将功率过大的信号直接输入频谱仪，导致频谱仪内部衰减器损坏。要知道中高档频谱仪价格昂贵，维修费用也非常高昂。对将频谱仪用于对讲机和小型短波电台维修检测的用户，建议在频谱仪输入端口前串联一个30～40dB的功率型衰减器。

为了有利于信号细节的显示和发现信号，尽量使用较小的扫描带宽和较高的分辨率（RBW和VBW）。合理配置外部衰减器，使进入频谱仪的信号幅度适当，因为较大的信号进入频谱仪容易引起显示失真。善用数字频谱仪的“MARKER”功能和测量功能，自动测量的数据会比传统“数格子”精确得多，也高效得多。例如，检测对讲机的高次谐波就可以充分利用频谱仪的ΔMARKER、CFSTEP功能和search功能。对于测量快速跳变不稳定的信号，如TDMA类型的信号，可以充分利用频谱仪“MAXHOLD（最大值保持）”功能捕捉出现的信号。

Tektronix实时频谱仪RSA6000系列

国内频谱分析仪市场

国际市场上最有名的频谱仪品牌是Agilent（以前为HP品牌）、Rohde&Schwarz、Tektronix。此外，日本的 ANRITSU频谱仪性能也很不错。Agilent和Rohde&Schwarz是国内科研高端和主流商用选用最多的频谱仪品牌，它们作为国际顶级射频仪器厂商，都提供了丰富的产品线，既包括经济型的产品，也提供世界最顶尖科技的杰作。Agilent ESA-L和R&SFSL提供了经济型轻便的频谱仪，适合生产线和教育机构批量使用以及移动使用。尽管是经济型产品，但其综合性能也达到了很高的水平，是大部分国货难以匹敌的。Agilent ESA-E和R&S FSP提供中档频谱仪的性能，满足商用企业和产品开发的主流要求，而且对于这类用户价格并不是高不可攀。Agilent PSA和R&S FSU系列提供了高端频谱仪的卓越性能，很多指标可以与一些信号分析仪媲美，适合作为科研和国防航天等尖端领域应用。Rohde&Schwarz 的高端FSV和FSG系列信号分析仪提供了无与伦比的性能，特别对热门的WCDMA/HSPA、LTE、WiMAX、WLAN信号提供针对性的测量软件支持。在手持频谱仪方面，Rohde&Schwarz、Tektronix以及Agilent先后都推出了手持频谱仪产品。目前，国内市场上 Rohde&Schwarz和Tektronix的FSH系列和YBT系列覆盖较多，广泛应用于流动性很强的现场检测和无线电监测领域。

实时频谱仪是频谱仪的新构架，其相对传统扫频式频谱仪有很多优势，几乎不会遗漏时间极短的瞬态信号，对快速跳变信号的显示与测量尤为适用，Tektronix就在大力推广其实时频谱仪。

实时频谱仪是一个技术发展新方向，Rohde&Schwarz也推出了自己的实时频谱仪FSVR，提供了40MHz的实时带宽。ANRITSU频谱仪虽为日本产品，但同样提供了世界主流产品的性能，并在价格方面有一定优势。ANRITSU的MS2711D是较早面世的手持式频谱仪，也曾经是应用最广泛的现场检测手持设备。ANRITSU现在主打的MS2723/2724可以跻身国际顶级手持频谱仪的行列。

国产频谱仪方面，安泰信提供了AT5000系列低端频谱仪，用户可以以非常低廉的价格获得初级性能的频谱仪产品，满足初级应用的基本需要。近期，以示波器在国内闻名的“普源”也推出了频谱分析仪产品，RIGOL以中档频谱仪应用领域为切入点，提供性能不错的RSA1030A频谱仪，在性价比方面，可以与洋品牌产品一较高下，也体现出普源在仪器领域的制造实力。中国电子科技集团第41所推出的频谱仪和信号分析仪在国内具有领先水平，尤其在一些高工作频率的频谱仪上具有相当的优势，已经有了40GHz的产品。41所的频谱仪产品系列比较多，包括有多种型号的手持式频谱仪，有些产品在功能上已经与洋品牌产品不相上下，可见国内科研院所在仪器制造方面具有深厚的底蕴。