頻譜（pǔ）儀（yí）與示波器有什麽區別？

近期（qī）在工作中遇到一些客戶谘詢示波器和頻譜儀的區別（bié）。綜合互聯網資源，總結了以下四點來區分兩者。

      可以用實時帶寬、動（dòng）態範圍（wéi）、靈敏度和功率測量準確（què）度四個方麵比較了示波器和頻譜儀的（de）分析性能指標的區別。

       實（shí）時帶寬：

　　對（duì）於示波器來說，帶寬通常是其測量頻率範（fàn）圍。而頻譜儀則有中頻帶寬、分（fèn）辨帶寬等帶寬定義。這裏，我們（men）以（yǐ）能對信號進行實時分析的實時帶寬作為討論對象。

　　對於頻譜儀來說，末級模（mó）擬（nǐ）中頻的帶寬通常可以作為其信號分析的實時帶寬，大多數的頻（pín）譜分析的實時帶（dài）寬隻有幾兆赫茲，通常較寬的（de）實時帶寬通常為幾十兆赫（hè）茲，當然目前帶寬最寬的FSW頻譜儀可以達（dá）到500兆赫茲。而示波器的實時（shí）帶寬為其實時取樣的有效模擬帶（dài）寬，一般為（wéi）數百（bǎi）兆赫茲，高的可達數千兆赫（hè）茲。

　　這裏需要指出的是（shì），大多數的示波器在垂（chuí）直刻度設置不同時，其實時帶寬可能並不一致，在垂直刻度設置到最靈（）敏時，其實（shí）時帶寬通常會下降。

　　從實時帶寬來說，示波器普遍優於頻譜儀，這對於某些（xiē）超寬帶信號（hào）分析尤（yóu）其有好處，特別是在（zài）調製分析上有著無（wú）可（kě）（）比擬的優勢。

      動態範圍：

　　動（dòng）態範（fàn）圍指標因其定義不同而有所不同，很多情況下，動態範圍被描述為儀器測量最大信號和最小信號的電平差值。當改變（biàn）測量設（shè）置時（shí），儀器（qì）測量大信號和小信號的能力是不一樣的，例如頻譜分析儀在衰減設（shè）置不一樣的（de）情（qíng）況下，其測量大信號所帶來的失真（zhēn）是不一樣（yàng）的。在這裏（lǐ），我們討論儀器能夠（gòu）同時（shí）測量大小信號的能（néng）力，即在不改變任（rèn）何測量設置的情況下，示波器和頻譜儀在合（hé）適設置情況下的最佳（jiā）動態範圍。

　　對於頻譜儀來說，在不考慮相位噪聲等近端噪聲和（hé）雜散（sàn）情況下，平均噪聲電平、二（èr）階失（shī）真、三階失真是（shì）製約（yuē）動態範圍的最主要因素（sù），以主流頻譜儀的（de）技術（shù）指標計算，其（qí）理想動態範圍約為90dB（受二階失真限製）。

　　大多數的示波器由（yóu）於受（shòu）其AD有效取樣位（wèi）數和噪（zào）聲底的限製，傳統示波器（qì）的（de）理想動態（tài）範圍通常不超過50dB。(對於R&S RTO示（shì）波器,在100KHz RBW時,其動態範圍可高達86dB)

　　從（cóng）動態範圍來看，頻譜儀要優（yōu）於示（shì）波器。但這裏要指出的是，這對於常在信號（hào）的頻譜分析來說確實如此，然而示波器（qì）的頻譜是同（tóng）一（yī）幀數（shù）據（jù），頻譜儀的頻譜大多數情況下都不是同一幀數據（jù），因而對於瞬變（biàn）信（xìn）號（hào）來說，頻譜儀可能無法測量到。而示波器發現瞬變信號（信號滿足動態範圍的情況下）的概率要大（dà）得多（duō）。

      靈敏度：

　　這裏討（tǎo）論的靈敏度，是指示波器和頻譜儀所能測試到最小（xiǎo）信號的水平。這個指標與儀器設置緊密相關。

　　對於示波器而言，示波器在Y軸設置（zhì）至最靈（）敏檔時，通常為1mV/div時示波器所能測試到最小（xiǎo）信號，拋開端口不匹配等因素來看，示波器（qì）的信號通道產生的噪聲（shēng）以及軌跡（jì）不穩定帶來的噪聲是（shì）製（zhì）約（yuē）示波器靈敏度的最重要因素。

　　從圖一（yī）中我們可以看出（chū），因為采樣點數（shù）的增加，頻譜噪聲（shēng）底可以（yǐ）下降到比較理（lǐ）想的程（chéng）度。然而（ér），當在時域已經無法清晰準確的再現信號（hào）時，在頻域就產生了非常多的雜波，這就限製了我（wǒ）們觀（guān）測小信號的能力。

　　圖1 受噪聲影響的的靈敏度限製（zhì）

　　大多（duō）數示波器與圖（tú）一（yī）所示一樣，能夠（gòu）穩定測量（liàng）0.2mV的信號，對應到頻域（yù），相當（dāng）於（yú）-60dBm的水平。事實上，示波器能否準確的（de）測量小信號，不僅與垂直係統的（de）靈敏度有關，還與X軸的抖動、觸發靈敏度等性能有關。

　　為了（le）對（duì）比文中（zhōng）所分析的技術指標，特地（dì）到R&S公司成都（dōu）的開放（fàng）實驗室（感謝成都分部提供的幫助）進行了指標對比，讓人驚（jīng）訝（yà）的是，RTO示波器在靈敏（mǐn）度指標上非常優秀，如下圖所示（shì）：

　　圖2 RTO示波器的全（quán）頻段（duàn）頻譜圖

　　從圖二可以看出，RTO能夠準確測量-60dBm的信號，其噪聲底（dǐ）在-80dBm左右（yòu）。而最讓人感到高興的是，在整個頻（pín）段（DC-4GHz），沒有發現能夠影響靈敏度的大的雜波，從而大幅提高了測量靈敏度（dù）。

　　在沒有雜波的情況下，通過增加取樣點數可以得到更（gèng）低的噪聲。例如圖3所示（shì），將Span和RBW設置得更小的情況下，RTO示波器（qì）的底噪（zào）聲可以降低至-100dBm以下。

　　圖3 RTO示波器的窄帶頻（pín）譜圖

　　從這（zhè）點來說，RTO絕對能夠讓測（cè）量人員（yuán）改（gǎi）變“示波器是頻域分析雞肋"的感（gǎn）受。

　　對於頻譜儀來說，同（tóng）樣拋開端口不匹配等因素來討論，頻譜儀（yí）的（de）在增益最大、衰減器設置最小情況下，平均噪聲電平可以看作頻譜儀測量小（xiǎo）信號的極限。在（zài）不涉及前置放大（dà）器的情況下，大多數性能良好的頻譜儀可以達到-150dBm。

      功率測量準確（què）度：

　　對於頻域分析來說，功率測量準確度是非常重（chóng）要的技術指標。無論是示波（bō）器還是頻譜儀，對功率測量準確（què）度的影（yǐng）響量都是（shì）非常多的（de），下麵分別列（liè）出其主要的（de）影響（xiǎng）量：

　　對於示波器來說，功率測量準確度的影響量有：端口（kǒu）不匹配引起的反射、垂直係統誤差、頻率響應、AD量化誤差、校準信號誤差等。

　　對於頻譜儀來說，功率測量準確度的影響量有：端口（kǒu）不匹配引起的反射、參考電平誤差、衰減（jiǎn）器誤差、帶寬轉換誤差、頻（pín）率響應、校準信號誤差等。

　　此處我們不對影響量進（jìn）行逐一分析比較，我們通過對（duì）1GHz頻率信號的進行功率測量（liàng）來對比，通過RTO示波器和（hé）FSW頻譜儀的測量對比可以看出，在1GHz處，示波器與頻譜（pǔ）儀的（de）功率測量值僅相差0.2dB左右，這是非常好的測量準確度指標（biāo）。因為頻譜儀在1GHz處的測量準確度是非常好的。

　　另外，在頻（pín）率範圍內，示（shì）波器的頻率響應指（zhǐ）標也是很好的，4GHz範圍（wéi）內不超（chāo）過0.5dB，從這點來說，示波器甚至優於頻譜（pǔ）儀的性能。

　　總（zǒng）的來說，示波器與頻譜儀在（zài）頻域分析性能上（shàng）各有所長，頻譜儀在靈敏度等技術指標上更勝一（）籌，示波器在實時帶寬上較頻（pín）譜儀更為出色。在測量不同類型的信號時，可根據測試需求和儀器的不同技（jì）術特點進行（háng）選擇。