细说频谱分析仪之种类与应用

    当一个数位讯号中包含许多影像和声音的信号，它的频谱分布将会相当复杂。 在卫星监测上，这些信号都必须从频谱分析的角度来获得所需要的参数。 目前有两种方法可对信号频率进行分析。 第一是对信号进行时域的采集，然后对其进行傅立叶转换，将其转换成频域信号，这种方法称之为动态信号分析。 特色是比较快，有较高的采样速率与较高的解析度。 即使是两个信号间隔非常近，用傅立叶转换也可将它们分辨出来。 但由于是用数位采样分析，所能分析信号的最高频率受其采样速率的影响，限制了对高频信号的分析。 因此目前最高的分析频率只是在10MHz左右，这样的测量范围是属于是向量分析。 此种分析方法一般用于低频信号的分析，如声音与振动等。 另一种方法原理则是依靠硬体电路实现，而不是透过数学方程式转换。 它可以直接接收信号，此种分析仪器称为超外差接收直接扫描调谐分析仪，也就是前述所提及的扫描调谐频谱分析仪。

　　频谱分析仪应用领域

　　频谱分析仪主要功能在于量测信号的大小或振幅，其应用范围十分广泛，包括系统维护、信号量测、组件的频率增益与物料品管等，都在频谱分析仪的应用范围之中。

　　放大器增益、频率响应与被动元件特性之量测

　　有线电视及通信系统使用大量的放大器与分接器（Tap）、接头、同轴电缆等被动元件，元件品质的好坏都会影响信号的特性，因此事前的筛选有助于保证信号的品质。 例如透过频谱分析仪的追踪产生器来评估待测物件（DUT）的频率反应特性，量测的结果可由绘图仪器（Plotter）输出而获得资料。 量测频率的范围可事先一次设定，并一次获得其对应的关系曲线，如此将大幅减少过去透过示波器及函数产生器必须依不同频率逐点量测的繁复操作程序。

　　利用频谱分析仪本身的追踪产生器（Tracking Generator）功能，产生扫瞄信号经由DUT传送到频谱分析仪的射频接收器，由DUT的频率响应和短接线的量测响应，相互比较之，亦可得出DUT的介入损失（Insertion Loss），同样方式将可得到其它相关元件的频率响应量测值。

　　失真度量测

　　由傅立叶方程式可得知，除了不失真的谐振波（正弦波）之外，任何波形除了基本波，都还包括高谐波的分量，例如周期性的锯齿波（Periodic Sawtooth Wave）等，依傅立叶方程式展开，其对应的数学式显示出无限个谐波，而谐波成份在频谱分析仪中可清楚显示。

　　示波器无法测知信号的失真度，仅能显示信号波形与时间的关系，但频谱分析仪由对应的谐波频谱，可准确地评估信号的谐波信号与振幅，进而评估失真度的大小。

　　通讯监测

　　无线通讯因频谱使用的规定，必须使用高频，并经由天线收发信号，透过频谱分析仪搭配天线很容易侦测目前通讯信号的强度与载波的频率，例如使用方向性天线，二组量测设备便能找出信号源，这也是相关单位取缔非法电波（如非法地下电台）的主要侦测技术。

　　依据需要可将频谱分析仪之扫描频宽适当地调整，例如缩小或放大，进行细微的调整以评估受测地区的干扰信号状况，这种方法可做为设计某地区通讯电台或各类行动通讯系统基地台的参考。 由方向性天线的调整量所测得的最高信号振幅，便可依天线的方向性判定信号源方向，若配合邻近的另一组监测装置，由两组天线方向的交叉点就可得出信号源的位置，立即可侦测得知发射源的位置，以这种方法，透过更多组的量测将可准确得到发射源。

　　有线电视影像资讯的量测

　　有线电视（CATV）是透过同轴电缆或光缆电缆等缆线传送视讯到用户家中。 由于科技的发展，为了减少挖马路埋设缆线的施工困难度并降低成本，已有厂商提议开放微波传送或透过卫星以对点（Spot）的方式将讯号传送到用户家中，目前北美已有服务供应商针对北加州用户发射具有150个视讯频道的卫星讯号。 因此缆线、微波与卫星传送视讯的方式已并存应用于市场上，提供收视户更多元化的选择。

　　CATV系统的主要功能是传送影像节目与数据资料，并保持系统的正常运作，传输100个左右或更多频道视讯，以及用户终端资料检索控制信号的适时反应等双向互动式服务等功能。 在CATV系统中包括种类繁多的视讯信号，例如电压与电流振幅、增益、频率及功率等，其中增益、功率大多以对数值表示之。 而射频信号的振幅、频率可由一般仪器（如示波器）量测得之，信号相位（Phase）则由向量示波器（Vector Scope）量测，所谓向量示波器是具有极稳定之环形时基示波器，可用于核对两信号间的时间延迟。 而频谱分析仪正是CATV信号量测不可或缺的电子设备。