在日常的射频测试与调试中，频谱仪是最常用的设备之一。真正的“懂”，不在于会操作，而在于理解它背后那几个关键参数的含义及其在测试中的实际影响。它们决定了频谱仪能看到什么、分多清、测多准、抓多快。

就像开车，会踩油门和刹车只是起步，懂得发动机扭矩、变速箱齿比、底盘悬挂调校，才算真正懂车。

今天，我们就来深入聊聊频谱仪的五大核心参数：频率范围、分辨率带宽（RBW）、灵敏度、动态范围、实时带宽（RTBW）。理解它们，你就能从会按按钮进阶到会做测试。

一、频率范围：决定 “能看哪个频段的信号”

频率范围是频谱仪最基础的指标，指的是它能测量的最低频率到最高频率。它就像望远镜的视野——视野越宽，能观测到的星空范围就越大。

不同的无线应用领域工作在不同的频段上：

早期的频谱仪频率范围较窄，随着通信技术向高频发展，现代高端频谱仪能够覆盖的频率范围非常宽。目前坤恒顺维自研的KSW-VSA01型频谱分析仪可覆盖2Hz-67GHz的超宽频率范围。

坤恒顺维KSW-VSA01型频谱分析仪外观图

实现宽频率范围并不简单。它涉及本振（LO）的频率合成范围、混频器的工作带宽、前端滤波器的切换，以及中频（IF）链路的宽带设计。KSW-VSA01型频谱分析仪超宽的频率范围是基于超外差式方案实现的，“外差”指混频，完成转换频率的工作，"超"指超音频频率或高于音频的频率范围。超外差方式能够提供宽的频率覆盖范围，同时允许在中频（IF）进行信号处理。

超外差式频谱仪原理实现图

如上图所示，输入信号先经过一个衰减器，再经低通滤波器到达混频器，然后与来自本振的信号相混频。由于混频器是非线性器件，其输出除了包含两个原始信号之外，还包含它们的谐波以及原始信号与其谐波的和信号与差信号。若任何一个混频信号落在中频滤波器的通带内，它都会被进一步处理，即被放大，可能还有按对数压缩。处理过程包括了包络检波、数字化以及显示。扫描发生器在屏幕上产生从左到右的水平移动，同时它还对本振进行调谐，使本振频率的变化与斜波电压成正比。

其工作流程可以总结如下：

超外差式频谱仪工作流程图

二、分辨率带宽（RBW）：决定“能分清多近的两个信号”

对于混频器而言，其内部结构是由非线性器件组成，因此，射频信号经过混频后也有交调和干扰信号的产生。为了准确分辨出中频信号，通常需要一个带宽足够窄的滤波器来分离频率间隔很近的信号，这就是中频滤波器，它可以抑制带宽之外的其他信号。

中频滤波器是频谱分析仪中关键部件，频谱分析仪主要依靠该滤波器来分辨不同频率信号，频谱仪许多关键指标（测量分辨率、测量灵敏度、测量速度、测量精度等）都和中频滤波器的带宽和形状有关。

只有将RBW设置得小于两个信号的频率间隔，滤波器才能将它们分开，屏幕上才会呈现两个独立的峰值。不同中频滤波器带宽下的信号波形如下图所示。

不同中频滤波器带宽下的频谱图

此外，RBW还影响信噪比和测试速度。RBW值越大，频谱仪的底噪越高。在测试比较微弱的信号时，可以通过降低RBW来提高频谱仪的测试灵敏度。当RBW设置越小，频谱仪的扫描速度会越慢，这是因为滤波器的带宽越小，瞬态响应时间越长，也就是需要更长的时间建立冲激响应。扫描时间取决于如下参数：

其中T_sweep代表扫描时间，K因子：模拟滤波器系数，一般为2.5，KSW-VSA01型频谱分析仪采用全数字中频滤波器，因此K为0.1，SPAN代表扫描带宽。

由此可见，RBW也不是越小越好，过小的RBW会导致扫描过慢，在观测瞬变信号时可能错过重要信息。因此，RBW的设置需要在频率分辨率和测试速度之间做权衡。

三、灵敏度：决定能看到多微弱的信号

灵敏度就是频谱仪能检测到的最小信号的能力。它直接决定了你能否测量到微弱的、容易被噪声淹没的信号。

灵敏度通常用显示平均噪声电平来表示，即在特定设置（最小RBW、最小输入衰减、前置放大器开）下，频谱仪自身产生的噪声在屏幕上的幅度。信号必须高于这个噪声基底，才能被可靠识别。

坤恒顺维自研的KSW-VSA01频谱分析仪本底噪声性能优异，低至-171dBm/Hz，实测图如下所示。

坤恒顺维KSW-VSA01型频谱分析仪本底噪声实测界面

影响灵敏度主要有三大因素：

1.噪声系数：这是接收机前端（第一级放大器、混频器等）的固有特性。噪声系数越小，接收机内部引入的额外噪声越少，灵敏度越高。

2.分辨率带宽（RBW）：噪声功率与RBW成正比。将RBW减为原来的1/10，噪声功率降低10dB。因此，测量微弱信号时，应使用尽可能小的RBW。

3.输入衰减器：增大输入衰减会降低到达第一混频器的信号功率，但同时也会等比例降低信噪比，导致灵敏度下降。因此，在测小信号时，应将输入衰减设置为0dB。

打开内置前置放大器可以显著改善噪声系数，从而提升灵敏度。但需注意：

1.前置放大器自身有增益，会压缩频谱仪的动态范围上限。

2.它也可能引入额外的非线性失真。因此，在测量大信号或进行失真测试时，通常应关闭前置放大器。

总结来看，影响平均显示电平LDANL的参数如下公式描述：

其中，DANL为规定的平均噪声电平（RBW=10Hz，RFATT=0dB），RBWnoise为RBW滤波器等效噪声带宽，RFATT为RF衰减器，-2.5dB为修正因子（对数对标的因子）。

测试过程中当你怀疑存在一个微弱信号时，可以尝试以下操作：

1.将输入衰减设为0dB。

2.打开前置放大器。

3.将RBW设置到允许的最小值。

4.使用视频带宽（VBW）平滑噪声，或使用轨迹平均（Trace Average）。

这时，原本隐藏在噪声下的信号“尖峰”可能就会显现出来。

四、动态范围：决定能同时看到强弱信号

动态范围是频谱仪在同一时刻、同一屏幕上，能够准确显示的最大信号与最小信号之间的幅度差。这是一个极其重要的指标，尤其在现实世界中，强弱信号往往同时存在。

为什么需要大动态范围？

1.在通信基站测试中，需要同时观测强大的主载波信号和远离载波数十dB的微弱杂散或谐波。

2.在雷达测试中，需要检测被强主瓣掩盖的微弱旁瓣。

3.在EMI预兼容测试中，需要测量比噪声高70dB以上的干扰信号。

等等。

动态范围受哪些因素限制？

1.1dB压缩点：当输入信号大到一定程度，频谱仪内部的放大器、混频器进入非线性区，增益开始下降。通常将增益比线性区下降1dB时的输入功率点称为P1dB。这是动态范围的上限。

2.三阶交调失真：当两个或多个较强信号同时输入时，由于非线性会产生新的频率分量。这些虚假信号可能落在被测频段内，干扰真实信号的测量。动态范围的下限往往由这些失真产物的电平决定。

3.本底噪声：即灵敏度，决定了动态范围的下限。

因此，系统动态范围=P1dB-DANL，但实际可用动态范围还受失真性能约束。  

坤恒顺维KSW-VSA01型频谱分析仪性能指标优异

如何优化动态范围？

在测量大信号时，适当增加输入衰减，可以避免前端过载，改善失真性能，但会牺牲灵敏度。这也是为什么需要根据测试目标灵活调整。

现代频谱仪采用数字中频和先进的数字信号处理技术，可以在较宽的输入电平范围内保持良好的线性度。

五、实时带宽（RTBW）：决定“能捕捉多快的瞬态信号”

实时带宽是传统扫频式频谱仪与实时频谱仪的关键区分标志，也是应对现代复杂瞬态信号的利器。

传统的超外差式频谱仪通过本振扫描，将不同频率的信号依次搬移到中频进行测量。这个过程需要时间。如果在此期间信号发生了变化（例如突然出现又消失），频谱仪可能会完全错过这个信号，或者只能捕捉到它的“碎片”。这就是扫频盲区问题。

实时频谱仪的核心是在短时间内，通过高速ADC对一段极宽的频带进行连续、无间隙的采样，并将数据送入内存或FPGA进行并行FFT处理。无缝捕获时间取决于采样内存深度和采样率。内存越深，能连续记录的时间越长。FFT速率指每秒能完成多少次完整的频谱计算，所以FFT速率必须足够高，才能保证在捕获时间内不丢失任何信号事件。

下图是实时频谱分析数字处理部分的信号流图，ADC工作在一个固定的采样率上，中频信号经高速ADC数字化后输入FPGA数字信号处理引擎进行进一步的处理。实时频谱分析主要在数字信号处理引擎完成：DDC数字下变频、重采样滤波、时域重叠处理、时域加窗、实时FFT运算及功率计算、实时触发、IQ数据无缝采集等。

实时频谱仪实现原理图

为什么RTBW对现代通信至关重要？

跳频信号（如抗截获、干扰、多用户协同通信）：信号频率在快速变化，扫频式分析仪很难跟踪。

瞬态干扰：如电源开关瞬间的脉冲噪声、汽车点火噪声，它们持续时间极短（微秒甚至纳秒级）。

瞬态频谱事件：如雷达脉冲、突发通信包等。

频率碰撞与动态频谱接入：在认知无线电等场景中，需要实时监测频谱占用情况。

基于RTBW，实时频谱仪提供了两大强大工具：

1.瀑布图：将频谱随时间的变化以三维（频率-时间-幅度）颜色图显示，瞬态信号一目了然。

2.频率模板触发：用户可以自定义一个频率-幅度的模板，如在1GHz处出现一个高于-50 dBm的信号，当信号满足条件时，仪器自动触发并捕获存储，非常适合捕捉偶发干扰。

坤恒顺维KSW-VSA01型频谱分析仪瞬态界面分析图

坤恒顺维KSW-VSA01型频谱分析仪实时频谱分析图

频谱仪的这五个核心参数，并非孤立存在，而是相互关联、相互制约。宽频率范围让你看得广；精细的RBW让你看得清、看得准；高灵敏度让你看得见微弱信号；大动态范围可以让信号在强弱对比中不失真。而宽实时带宽可以让你实时地抓住转瞬即逝的信号。

频谱仪是我们观察电磁世界的眼睛，理解这些参数，就是从一名操作员成长为一名真正的测试工程师或研发专家的必经之路。