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頻譜分析儀的秘密：為什麼它能揭開無線電信號的真面目？
在無線通信的世界中，頻譜分析儀是一種不可或缺的工具，它能測量輸入信號在不同頻率下的強度。這種儀器的主要用途是測量已知和未知信號的頻譜功率，讓使用者了解信號的真實情況。有趣的是，雖然頻譜分析儀通常測量電信號，但它也可以透過適當的傳感器來分析其他類型的信號，如聲波及光波。
透過分析電信號的頻譜，使用者可以觀察到主頻率、功率、失真、諧波、頻寬等參數，這些資訊在時間域波形中不易被察覺。
頻譜分析儀的顯示界面通常將頻率顯示在水平軸上，而幅度則顯示在垂直軸。初次接觸的人可能會認為頻譜分析儀與示波器相似，後者將幅度顯示在垂直軸，而時間則顯示在水平軸。實際上，一些實驗室儀器可以同時擔任示波器和頻譜分析儀的功能。
歷史背景
在1960年代，首批頻譜分析儀是掃描調諧儀。隨著1975年快速傅立葉變換（FFT）的發現，首台基於FFT的分析儀於1967年問世。至今，市場上主要有三種基本類型的分析儀：掃描調諧頻譜分析儀、向量信號分析儀和實時頻譜分析儀。
頻譜分析儀的類型
不同類型的頻譜分析儀是根據獲取信號頻譜的方法區分的，主要可分為掃描調諧分析儀和基於快速傅立葉變換（FFT）的分析儀。掃描調諧分析儀利用超外差接收機將輸入信號頻譜的一部分下變頻到窄帶通濾波器的中心頻率，並記錄或顯示其瞬時輸出功率隨時間的變化。
FFT分析儀計算時間序列的時譜，通過傅立葉變換來獲得頻譜，這種方法通常需要接收機和模數轉換器的配合。
頻譜分析儀的形狀
頻譜分析儀通常有四種形狀：桌面型、便攜型、手持型和網絡型。
桌面型
這種形狀適合在實驗室或生產環境中使用，能夠插入交流電源。桌面型頻譜分析儀通常提供比便攜或手持型更佳的性能和規格，並且重量超過30磅（約14公斤）。這類儀器也有提供可選的電池組，使其能夠在不插電的情況下使用。
便攜型
便攜型頻譜分析儀設計用於戶外測量，通常具有明亮的顯示屏，方便在各種環境中查看。
手持型
手持型設計簡單輕便，通常功能有限，適合需要在外野外進行檢測的場合。
網絡型
網絡型不帶顯示屏，設計用於地理分布的頻譜監控和分析應用。此類儀器能連接到網絡，用於遠程監控無線信號和干擾。
工作原理
掃描調諧及FFT分析
掃描調諧頻譜分析儀根據其工作原理，通過掃描電壓控制振盪器來獲取信號頻譜。FFT基於時域數據分析，能提供高頻解析度，這使得它比傳統的掃描方法更高效。
實時FFT
實時頻譜分析儀可以即時監測RF頻譜，並能處理無間隙的數據流，對快速變化的信號進行準確分析。
頻譜分析的功能
頻譜分析儀通常允許用戶設置起始、停止和中心頻率。分辨率帶寬（RBW）也能影響信號的檢測能力。
顯示的平均噪聲水平（DANL）是頻譜分析儀的靈敏度指標，能夠反映儀器在特定條件下的工作性能。
無線電頻率的應用
頻譜分析儀廣泛用於測量各類無線電頻率電路的頻率響應、噪聲和失真特性。通訊領域中，頻譜分析儀可用於跟蹤干擾來源，並確保無線發射器按照標準進行運作。
音頻頻率的應用
除了無線電頻率外，頻譜分析儀在音頻測試中也扮演著重要角色。透過分析聲音信號的各種頻率組成，工程師可以改進音質及減少噪音干擾。
隨著科技的進步，頻譜分析儀的功能和應用持續擴展。這些先進的工具不僅能檢測到頻率、功率及失真，還能深入探討更複雜的信號特徵。未來隨著無線通訊技術的日益發展，頻譜分析儀又會為我們揭示哪些未知的秘密呢？
