【導讀】同學們都知道，對于一個電信號，我們可以從時間角度（時域）去描述，也可以從頻率的角度（頻域）去描述。但是時域與頻域有什么區(qū)別？示波器和頻譜儀有什么區(qū)別？該在什么時候用到頻譜儀？這些也困擾不少高校老師、研發(fā)工程師。本文將為大家從根本上解答！
最近出差拜訪了不少電子儀表的用戶，包括高校老師，研發(fā)工程師，生產(chǎn)測試工程師等等。最常被問到兩個問題是：示波器和頻譜儀有什么區(qū)別？我在什么時候更應(yīng)該用頻譜儀？
對于頻譜儀這樣一個射頻領(lǐng)域的最基礎(chǔ)最常用儀器，還有這么多人對它的基本概念和用途感到陌生，菲菲確實有點詫異滴所，所以呢，就寫了點自己的體會，想和大家一起探討這個話題。
同學們都知道，對于一個電信號，我們可以從時間角度（時域）去描述，也可以從頻率的角度（頻域）去描述。之前貼了一幅動畫圖就很形象地表現(xiàn)了這個時域和頻域的區(qū)別，看明白了這張圖，就可以了解為什么既要做時域分析也要做頻域分析了吧？
市面上常見的示波器是都有頻譜顯示功能滴，這個主要是使用了傅里葉變換（FFT）來進行了時域和頻域的轉(zhuǎn)換，但示波器的FFT和頻譜儀在射頻測試應(yīng)用有什么區(qū)別呢？
1.適用的信號類型不同：示波器主要用途用來觀察信號的時域特性（也就是電壓隨時間的變換特性），主要適用于基帶信號的分析（正弦波，方波，比特流等未調(diào)制信號），而頻譜儀主要針對射頻信號（尤其是帶了調(diào)制的復雜信號或者多頻率信號，這樣的信號在時間軸上幾乎看不出任何規(guī)律）的分析。雖然示波器也可以通過FFT從頻率域的角度顯示信號，但它的性能指標一般不足以分析射頻的，帶調(diào)制的信號。這個菲菲下面會做進一步的解釋。
2.測量的帶寬不同：示波器的設(shè)計主要用于觀察基帶信號的，所以一般來說帶寬都不是很寬，最常見的是幾十到幾百MHz。當然，隨著數(shù)字電路技術(shù)的快速發(fā)展，基帶信號的速率也在快速提升，所以，一些中高檔的示波器也能到GHz這個數(shù)量級。而頻譜儀主要用以分析載波及調(diào)制了的射頻信號，所以頻譜儀的頻率范圍通常要寬很多，舉例說安捷倫的入門級頻譜儀N9322C就是7GHz的，高端一點的N9000A CXA是26.5 GHz，更高端的N9030A PXA可以到50 GHz。
3.測量內(nèi)容不同：示波器觀察的是電壓隨時間的變換，所以通常看到的是正弦波，方波，比特流等，關(guān)注電壓，周期，上升，下降沿，過沖，毛刺，以及多路信號間的時序等特征。而頻譜儀看的是射頻信號的功率，頻率，失真（諧波和互調(diào)產(chǎn)物），調(diào)制后的帶寬，泄漏到相鄰信道的大小，噪聲測試，以及復雜調(diào)制信號的深入分析（調(diào)制度，IQ星座圖，調(diào)制誤差等等）。
4.靈敏度不同：示波器看的都是基帶信號并通過傳導方式連接，信號幅度一般都較強，在幾伏，十分之幾或百分之幾伏（功率在毫瓦級），而頻譜儀很多時候需要測量發(fā)射信號頻譜或從空中接受到的射頻信號，功率往往比1毫瓦還低數(shù)個甚至十幾個十次方的，換算過來就是幾微伏甚至更低。
5.動態(tài)范圍不同：所謂動態(tài)范圍，是指同時觀測大信號和小信號的能力。示波器在觀測一個主信號刻度在伏特級的信號的時候，能方便觀察的的細微信號或波動在零點幾或零點零幾伏。也就是說電壓的十分之或百分之幾的分辨率（功率的百分之或者萬分之幾）。而頻譜儀可以同時觀測的小信號可以是大信號的功率的百萬分之一，千萬分之一，一億分之一。而在射頻測量領(lǐng)域，經(jīng)常需要這樣大的動態(tài)范圍。
好吧，希望菲菲還沒有把大伙兒說暈。。。。。。所以同學們可以看到，雖然都是信號分析，但在如下情況的時候，你可能更需要是一臺頻譜儀而不是示波器哦：
1.關(guān)注的是射頻設(shè)備和射頻信號測試（載波以及經(jīng)過調(diào)制以后信號），比如測試射頻收發(fā)信機
2.寬頻段內(nèi)對未知信號進行檢查，比如空中信號的成分以及各種射頻干擾，電子產(chǎn)品的的EMC測試等
3.同時關(guān)注大信號和微小信號，比如希望了解發(fā)射機的信號的失真，互調(diào)，雜波等。
4.關(guān)注毫伏級以下的弱小信號的時候，比如關(guān)注印刷電路板上信號間的耦合，電源和時鐘上寄生的雜波等。如下圖所示：
前三種應(yīng)用情況是典型的頻譜分析儀的應(yīng)用，而第四種情況并不為所工程師們熟悉，常常是最令電路設(shè)計工程師頭痛的問題。很多時候，工程師們在研發(fā)后期發(fā)現(xiàn)整機有問題進行故障診斷和調(diào)試時才考慮到這個。
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