細說頻譜分析儀之種類與應用

當一個數位訊號中包含許多影像和聲音的信號，它的頻譜分布將會相當復雜。在衛星監測上，這些信號都必須從頻譜分析的角度來獲得所需要的參數。 目前有兩種方法可對信號頻率進行分析。第一是對信號進行時域的采集，然后對其進行傅立葉轉換，將其轉換成頻域信號，這種方法稱之為動態信號分析。特色是比較快，有較高的采樣速率與較高的解析度。 即使是兩個信號間隔非常近，用傅立葉轉換也可將它們分辨出來。但由于是用數位采樣分析，所能分析信號的最高頻率受其采樣速率的影響，限制了對高頻信號的分析。因此目前最高的分析頻率只是在10MHz左右，這樣的測量范圍是屬于是向量分析。 此種分析方法一般用于低頻信號的分析，如聲音與振動等。另一種方法原理則是依靠硬體電路實現，而不是透過數學方程式轉換。它可以直接接收信號，此種分析儀器稱為超外差接收直接掃描調諧分析儀，也就是前述所提及的掃描調諧頻譜分析儀。

　　頻譜分析儀應用領域

　　頻譜分析儀主要功能在于量測信號的大小或振幅，其應用范圍十分廣泛，包括系統維護、信號量測、組件的頻率增益與物料品管等，都在頻譜分析儀的應用范圍之中。

　　放大器增益、頻率響應與被動元件特性之量測

　　有線電視及通信系統使用大量的放大器與分接器（Tap）、接頭、同軸電纜等被動元件，元件品質的好壞都會影響信號的特性，因此事前的篩選有助于保證信號的品質。例如透過頻譜分析儀的追蹤產生器來評估待測物件（DUT）的頻率反應特性，量測的結果可由繪圖儀器（Plotter）輸出而獲得資料。量測頻率的范圍可事先一次設定，并一次獲得其對應的關系曲線，如此將大幅減少過去透過示波器及函數產生器必須依不同頻率逐點量測的繁復操作程序。

　　利用頻譜分析儀本身的追蹤產生器（Tracking Generator）功能，產生掃瞄信號經由DUT傳送到頻譜分析儀的射頻接收器，由DUT的頻率響應和短接線的量測響應，相互比較之，亦可得出DUT的介入損失（Insertion Loss），同樣方式將可得到其它相關元件的頻率響應量測值。

　　失真度量測

　　由傅立葉方程式可得知，除了不失真的諧振波（正弦波）之外，任何波形除了基本波，都還包括高諧波的分量，例如周期性的鋸齒波（Periodic Sawtooth Wave）等，依傅立葉方程式展開，其對應的數學式顯示出無限個諧波，而諧波成份在頻譜分析儀中可清楚顯示。

　　示波器無法測知信號的失真度，僅能顯示信號波形與時間的關系，但頻譜分析儀由對應的諧波頻譜，可準確地評估信號的諧波信號與振幅，進而評估失真度的大小。

　　通訊監測

　　無線通訊因頻譜使用的規定，必須使用高頻，并經由天線收發信號，透過頻譜分析儀搭配天線很容易偵測目前通訊信號的強度與載波的頻率，例如使用方向性天線，二組量測設備便能找出信號源，這也是相關單位取締非法電波（如非法地下電臺）的主要偵測技術。

　　依據需要可將頻譜分析儀之掃描頻寬適當地調整，例如縮小或放大，進行細微的調整以評估受測地區的干擾信號狀況，這種方法可做為設計某地區通訊電臺或各類行動通訊系統基地臺的參考。由方向性天線的調整量所測得的最高信號振幅，便可依天線的方向性判定信號源方向，若配合鄰近的另一組監測裝置，由兩組天線方向的交叉點就可得出信號源的位置，立即可偵測得知發射源的位置，以這種方法，透過更多組的量測將可準確得到發射源。

　　有線電視影像資訊的量測

　　有線電視（CATV）是透過同軸電纜或光纜電纜等纜線傳送視訊到用戶家中。由于科技的發展，為了減少挖馬路埋設纜線的施工困難度并降低成本，已有廠商提議開放微波傳送或透過衛星以對點（Spot）的方式將訊號傳送到用戶家中，目前北美已有服務供應商針對北加州用戶發射具有150個視訊頻道的衛星訊號。因此纜線、微波與衛星傳送視訊的方式已并存應用于市場上，提供收視戶更多元化的選擇。

　　CATV系統的主要功能是傳送影像節目與數據資料，并保持系統的正常運作，傳輸100個左右或更多頻道視訊，以及用戶終端資料檢索控制信號的適時反應等雙向互動式服務等功能。在CATV系統中包括種類繁多的視訊信號，例如電壓與電流振幅、增益、頻率及功率等，其中增益、功率大多以對數值表示之。而射頻信號的振幅、頻率可由一般儀器（如示波器）量測得之，信號相位（Phase）則由向量示波器（Vector Scope）量測，所謂向量示波器是具有極穩定之環形時基示波器，可用于核對兩信號間的時間延遲。而頻譜分析儀正是CATV信號量測不可或缺的電子設備。