失真度量测 - 频谱分析仪的种类与应用

　　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)的主要侦测威廉希尔官方网站 。

　　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。

　　天线特性的量测

　　频谱分析仪除了量测空气中的信号强度振幅外，只要搭配桥接器 (Bridger)也能量测反射损失(Return loss)。由于行动电话的普及，基地台在城市中数量相当多，由于电磁辐射伤害的疑虑一直困扰着使用者，因此，电磁波强度量测已逐渐被大家重视。频谱分析 仪也可针对天线辐射强度或任意空间电磁强度进行量测。

　　频谱分析仪之使用

　　对于测量的可测与不可测与否，完全取决于频谱分析仪的设定。这包括了对衰减器、频率范围与解析度频宽的设置。频谱分析仪的设定包括频率范围、解析度和动态范围，动态范围又涉及最大输入功率即烧毁功率，增益压缩使小于1W的输入信 号一旦超过线性工作区域便会出现误差。此外灵敏度也是考虑频谱分析仪对输入信号可测与否的关键。

　　参数频率范围要从两个方面观察，一是频率范围的设定是否够窄，以具有足够的 频率分辨能力，也就是够窄的扫频宽度。二是频率范围是否有足够的宽度，是否可以测到第二次、第三次谐波。当用频谱分析仪测量一个放大器谐波失真的时候，若 放大器为1GHz，则它的三次谐波就是3GHz，这就是要考虑频率范围的最大可测宽度。如果频谱仪是1.8GHz，就不能进行量测，如果频谱分析仪是 26.5GHz，就可以测到它的第三，第四次谐波。

　　解析度也是频谱分析仪中非常重要的参数设定。解析度表示当要测量两个频率的 功率不一样时，必须将它们区分开来。将中频频宽设置成三种不同的宽度，下面所对应的就是在这一频宽设置时所看到的曲线。中频频宽越窄则解析度越高，中频频 宽越宽则解析度越低。解析度频宽直接影响到微小信号的识别能力和测量的结果。

　　本文简单介绍了频谱分析仪的应用与运作，在许多应用领域，频谱分析仪都是工程师的好帮手。而频谱分析仪的最佳状态是由许多因素与参数所决定，因此需要全盘考量，而非追求单一指标的完美，对各种基本因素与测量类型进行分析，才能达到趋于完美的量测结果。