頻譜儀與示波器（qì）有什麽區別？

近（jìn）期（qī）在工作中遇到（dào）一些客戶谘詢示波器和（hé）頻（pín）譜儀的區別。綜合互（hù）聯（lián）網資源，總結了以（yǐ）下四點來區分兩者。

      可以用實時（shí）帶寬、動態範圍、靈敏度（dù）和功率測量準確度四個（gè）方麵比較了示波器和頻譜儀的分析性能指標的區別。

       實時帶寬：

　　對於示波器來說，帶寬通常是其測（cè）量頻率範圍。而頻譜（pǔ）儀則有中頻帶寬、分辨帶寬等（děng）帶寬定義（yì）。這裏，我們以能對信號進行實（shí）時分析的實時（shí）帶寬作為討論對象。

　　對於頻譜儀來說，末級模擬中頻的帶寬通常可以作為（wéi）其信（xìn）號分析的實時（shí）帶寬，大多數的頻譜分析的實時帶寬隻有幾兆赫茲，通（tōng）常較寬（kuān）的實時帶寬（kuān）通常（cháng）為幾十兆赫茲，當然目前帶寬最寬的FSW頻（pín）譜儀可以達到500兆赫茲。而示波器的實時（shí）帶寬（kuān）為（wéi）其實（shí）時取樣的有效模擬帶寬，一般為數百兆赫茲（zī），高的可達數千兆赫茲。

　　這裏需要指出的是，大多（duō）數的示（shì）波器在垂直刻度設置不（bú）同時，其實（shí）時帶寬可能並不（bú）一致，在垂直刻度設置到最（zuì）靈（líng）（）敏（mǐn）時，其（qí）實時帶寬通常（cháng）會下降。

　　從實時帶寬來說，示波器普遍優（yōu）於頻譜儀，這對於某些超寬（kuān）帶信號分析（xī）尤其有（yǒu）好處，特別是在調製分析（xī）上有著無可（）比擬的優勢（shì）。

      動態範圍：

　　動態範圍指標（biāo）因其定（dìng）義不（bú）同而有所不同，很多情況下，動態範圍被描述為儀器測量（liàng）最大信號和最小信號的電平差值。當改變測量設置（zhì）時，儀（yí）器測（cè）量大信號和小信號的（de）能力是不一樣的（de），例如頻譜分析儀（yí）在衰減設置不一樣的情況下，其測量大信號所（suǒ）帶來的失真是不一樣的。在這裏，我（wǒ）們討論（lùn）儀（yí）器能夠同時測（cè）量大小信號的能力，即在（zài）不改變任何測量設（shè）置的情況下，示波器和頻譜儀在合適設置情況下的最佳動（dòng）態範圍。

　　對於頻譜儀來說，在不（bú）考慮（lǜ）相位噪聲等近端噪聲和雜散情況（kuàng）下，平（píng）均噪聲電平、二階失真、三階失真（zhēn）是製約動態範圍的最主要因素，以主流頻譜（pǔ）儀的技術指標計算，其理想動態範（fàn）圍約為90dB（受二階失真限製）。

　　大多數的示波器由（yóu）於受其AD有（yǒu）效取樣位數和噪聲（shēng）底（dǐ）的限製，傳（chuán）統示波器的理想動態範圍通常不超過50dB。(對於R&S RTO示波器,在100KHz RBW時,其動態範圍可高達86dB)

　　從動態範圍來看，頻譜儀要優於示波器。但這裏要指出的是，這（zhè）對於常在信號（hào）的頻譜分析來說確實如此，然（rán）而示波器的頻譜是同一（yī）幀數據，頻譜儀（yí）的頻譜大多（duō）數情況下都不是同一幀數據，因而對於瞬變信號來說（shuō），頻（pín）譜儀可能無法測量到（dào）。而示波器發現瞬變信號（信號滿足動態範圍的情況（kuàng）下）的概率要大得多。

      靈敏度：

　　這裏討論的靈敏度，是指示波器和頻譜儀所（suǒ）能測試到（dào）最小信號的水平。這個指標與儀器設（shè）置緊密相關。

　　對於示波器而言，示波器在Y軸設置至（zhì）最靈（）敏檔時，通常（cháng）為1mV/div時示波器所能測試到最小信號，拋開端口不匹配等因素來看，示波（bō）器的信（xìn）號通道產（chǎn）生的噪聲以及軌跡不穩定帶來的（de）噪聲是製約示（shì）波器靈敏度的最重要因素。

　　從圖一中我們可以看出，因（yīn）為采樣點數的增加，頻譜噪聲底可以下降到比較理想（xiǎng）的程度。然而，當在時域已（yǐ）經無法清晰準確的再現信號時，在頻域就產生了非常多的雜波，這（zhè）就限製了我們觀測小信號的能力。

　　圖1 受噪聲影響的的靈敏度限製

　　大多數示（shì）波器與圖一（yī）所示一樣，能夠穩定測量0.2mV的信號，對應（yīng）到頻域，相當於-60dBm的水平（píng）。事實上，示波器能否準確的測量小信號，不僅（jǐn）與（yǔ）垂直係統的靈敏度（dù）有關，還與X軸的抖動、觸發靈敏度等性能有關。

　　為了（le）對比文中所分析的技術指標，特地到R&S公司成都的開放實驗室（感謝成都（dōu）分部提供（gòng）的幫助）進行了（le）指標對比，讓人驚訝的是，RTO示（shì）波器在靈敏（mǐn）度指標上非常優秀，如下（xià）圖所示：

　　圖2 RTO示波器的全頻段頻譜圖

　　從（cóng）圖二可以看出（chū），RTO能夠（gòu）準確測量-60dBm的信號，其噪聲底在-80dBm左右（yòu）。而最讓人感到高興（xìng）的是，在（zài）整個頻段（DC-4GHz），沒有（yǒu）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。

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

　　圖3 RTO示波器（qì）的（de）窄帶頻譜圖

　　從這點來說，RTO絕對能夠讓測量人（rén）員改變“示波（bō）器是頻域分析雞肋"的感受。

　　對於頻譜儀來（lái）說，同樣拋開端口不匹配等因素來討論，頻譜儀的在增益最大、衰減器設置最小情況下（xià），平（píng）均噪聲電平可以看作（zuò）頻譜儀測量小信號的極限。在不涉及（jí）前置放大器的情況下，大多數性能良好的頻譜儀可以達到-150dBm。

      功（gōng）率測（cè）量準確度：

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

　　對於示波器來（lái）說，功（gōng）率（lǜ）測量準確（què）度（dù）的影響量有（yǒu）：端口不（bú）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（wù）差等。

　　對於頻譜儀來說，功率測量準確（què）度的影響量有：端口不匹配（pèi）引起的反射、參考電平誤差、衰減器誤差、帶寬轉換誤（wù）差、頻率響應、校準信號誤差等。

　　此（cǐ）處我們不對影響量進行逐一分析比較，我們通過（guò）對1GHz頻率信號的進行功率測（cè）量來對比，通過RTO示波器和FSW頻譜儀的測量對比可以（yǐ）看（kàn）出，在1GHz處，示波器與頻譜儀的功率測量值僅相差（chà）0.2dB左右，這是非常好的測量準確度指標（biāo）。因為（wéi）頻譜儀在1GHz處的測量準確度是非常好的。

　　另外，在頻率範圍內，示波器（qì）的頻率響（xiǎng）應指標也是很好的，4GHz範圍內不超過0.5dB，從這點來說，示波器甚至優於頻譜儀的性能。

　　總的來說，示波器與頻譜（pǔ）儀在頻域分析性能上各（gè）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譜儀更為（wéi）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術特點進行選擇。