剖析頻譜分析儀內部結構

　　為了瞭解頻譜分析儀的運作塬理，我們需剖析其內部硬體結構。圖一顯示傳統的掃描調諧分析儀的主要組成元件。本文稍后我們將看到，現代訊號分析儀已將其中的類比硬體元件，全面更換為數位電路，特別是中頻與基頻部分。雖然如此，檢視下面的方塊圖，有助于快速瞭解分析儀的基本運作塬理。

　　

圖一 傳統掃描頻譜分析儀方塊圖

　　上圖顯示的分析儀使用一個3埠混頻器，可將輸入訊號從某一個頻率轉移到另一個頻率。混頻器會將輸入訊號送至其中一個埠，然后將本地震盪器（LO）輸出訊號送至另一個埠。由于混頻器是非線性元件，因此在輸出端出現的頻率，并不會在輸入端出現。這些頻率是塬始輸入訊號，以及兩個頻率相加與相減的訊號。這種差頻訊號又稱為IF訊號。

　　此外，上圖顯示的IF濾波器是帶通濾波器，可作為偵測訊號的「視窗」。使用者可直接在分析儀面板上變更分析頻寬（RBW）。此分析儀提供多種可變的RBW設定，因此使用者可在不同的掃描與訊號狀況下獲得最佳量測結果，并且獲致出色的頻率選擇性（selectivity）、訊號雜訊比（SNR），以及量測速度。一般而言，將RBW調窄，有助于提昇選擇性與SNR特性，因而可觀察到更細微的頻率分布，但掃描速度與軌跡更新率會因而下滑。最佳的RBW設定與訊號特性息息相關。

　　檢波器可將分析儀的IF訊號轉換為基頻或視訊訊號，以便進一步將其轉為可在LCD螢幕上檢視的數位訊號。藉由搭配使用波封檢波器（envelope detector）與類比數位轉換器（ADC），使用者可將視訊輸出訊號轉成數位訊號，并且在分析儀顯示器的Y軸上呈現訊號大小。

　　使用者可選擇多種不同的檢波器模式，以便清晰顯示量測訊號。在分析正弦波時，工程師通常使用正偵測模式（positive detection mode），在一段時間的曲線顯示點上呈現最大訊號，這種模式又稱為分段顯示（display bucket）或是bin。此外，負偵測模式（negative detection mode）可顯示最小訊號；而取樣偵測模式（sample detection mode）則可顯示每一個bin之時間間隔中點的訊號大小。

　　如需同時顯示訊號與雜訊的話，正常（Rosenfell）模式是最理想的偵測模式，因為這個「智慧型」偵測模式會隨著輸入訊號的不同而動態地改變偵測方式。如果訊號在分段持續過程中上升又下降，則可假設此訊號為雜訊，因而輪流使用正、負偵測模式。如果過程中訊號一直上升，則推斷其為正常訊號，并使用正峰值偵測模式。

　　使用者可用平均偵測與視訊濾波等方式，將波封偵測振幅（envelope-detected amplitude）的變異進行平滑處理。平均偵測使用在bin時間間隔中收集到的所有資料來進行平滑處理。這項功能可有效地量測數位調變訊號中的雜訊或類雜訊訊號。工程師通常使用真均方根（RMS）檢波器來執行功率平均偵測，例如量測復雜訊號的功率。

　　視訊濾波器是位在波封檢波器之后，類比數位轉換器之前的低通濾波器。這項元件可確認視訊放大器的頻寬，并可用來將螢幕顯示的曲線平均化或平滑化。藉由改變視訊頻寬（VBW）設定，您可降低頻譜分析儀雜訊的峰值對峰值（peak-to-peak）變異，因此可以輕易發現被雜訊掩蓋掉的訊號。

　　您還可使用視訊平均與曲線平均功能，將波封偵測振幅的變異平滑化。利用視訊平均處理功能將視訊濾波器的截止頻率降低，那么視訊系統便不會再隨著通過IF頻率之波封訊號，產生快速的變異。分析儀能夠產生的平滑度，由VBW對RBW的比值決定。當比率為0.01以下，可提供更佳的平滑效果。

　　曲線平均功能可逐點平均兩個或多個頻率掃描，并將每個顯示點上的新值，與已經平均過的資料再重新進行平均處理，最后顯示的曲線會逐漸與多個掃描之平均曲線融合。曲線平均處理不會影響掃描時間。