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数字电路可以产生广泛的谐波频率，频谱分析仪可以显示此射频频谱(功率或电压)，相对于频率(见图1)。它们是EMC故障排除必不可少的一件齿轮。但从传统上讲，这些乐器是每个人的装备中最昂贵的东西。你可以花1万到2万美元买一个像样的实验室质量的台式便携式电脑，如果你不介意30到80磅的重量，或者初始投资，二手电脑的价格是1万到5000美元。
许多小型或中型公司可能没有预算购买实验室质量分析仪，然而，一些制造商现在正在制造价格合理的质量仪器，完全适合故障排除和预合规工作。我列出了几种可供选择的乐器。
图1所示。典型的频谱分析仪显示来自以太网时钟的窄带谐波和来自DC-DC转换器的宽带发射。两者都超过1.5 GHz!白色圆圈表示美国LTE蜂窝，接近GPS频段1575 MHz。
选择频谱分析仪
在购买频谱分析仪之前，有几个重要的特性需要考虑:成本、频率范围、允许的频率跨度、外形因素和采集类型。
成本-成本从50美元到5000美元不等，但一些好的台式分析仪可能会以2000美元左右的价格购买。便携式分析仪根据质量和功能的不同，价格从100美元到2500美元不等。
频率范围-许多分析仪可以覆盖高达1 GHz的频率，这将是一般故障排除所需的最低频率。一些EMC测试要求测量低至10 kHz(用于军事/航空航天)或150 kHz(用于商业/工业)。根据产品、最高时钟频率和EMC标准的不同，最高频率范围可能扩展到6ghz(商业/工业)或18ghz(军事/航空航天)。
允许频率跨度-对于大多数商用频谱分析仪来说，这通常不是一个问题，但一些可能用作频谱分析仪的低成本软件定义无线电(sdr)在它们可以显示的频率范围上受到限制。这可能是故障排除的一个问题，因为它限制了您一次可以看到的内容。
形成的因素-最有用的分析仪将是专为台式使用而设计的。更实惠的分析仪也有更小的足迹，允许更多的空间在您的工作台上进行故障排除。对于现场使用，或者如果你需要在旅行中携带分析仪，便携式仪器是可以考虑的。还有一类分析仪是usb控制的，依赖于连接的PC笔记本电脑进行显示和控制。
收购类型-基本上有两种类型的测量采集:扫描和实时。扫频分析仪与经典示波器非常相似，在开始和停止频率之间“扫频”，然后在一系列事件中进行分析和显示(扫频-分析/测量-显示)，因此在系统测量、处理数据和显示结果时，扫频之间有一些死时间。这可能会错过一些脉冲或间歇频率捕获。另一方面，实时采集是一种更快的捕获和显示频率信息的过程，速度如此之快，以至于显示器看起来就像在“实时”显示捕获的数据。这种快速采集依赖于极快的A/D转换、同步FFT处理和强大的计算机处理器。实时分析仪通常可以捕捉到低至1us的脉冲射频事件，对于显示间歇干扰或数字调制及其特性非常有用。
预算/爱好分析仪
以下可能不是用于严重的EMC故障排除的仪器，但确实能够显示宽带和窄带谐波能量。它们应该用于总体排放检查，但实际上是为电子爱好者设计的。
射频探险家-对于预算严格限制的爱好者或公司，您可以考虑RF Explorer，它将花费130美元(见图2)。虽然频率范围仅为240至960 MHz(可选的Wi-Fi模块附加组件为60美元)，但它仍然是一个合理的高频率故障排除工具。DANL在-90 dBm时不是很好，但它足够灵敏，我可以直接将近场探头插入SMA输入，并观察到一个不错的信号。
图2。RF Explorer型号WSUB1G的频率从240 MHz到960 MHz，售价130美元。
频率范围太窄?RF Explorer的设计者已经宣布了一个改进的型号WSUB3G，它将从15mhz调到2.7 GHz，价格为260美元。两种射频资源管理器型号均可从se工作室这是一家业余电子用品店，位于中国深圳。
AirSpy(一种基于sdr的廉价频谱分析仪)-已经推出了几种基于软件定义无线电(SDR)的频谱分析仪，成本极低，适用于通用的EMI故障排除。这个微小的模块(见图3)实际上是一个高质量的SDR，可以从24 MHz调优到1.8 GHz，灵敏度低至-130 dBm。如果你需要进一步降低频率，他们有同伴Spyverter从DC调到60 MHz。这两个设备都是通过USB控制的，处理过程由一台运行Windows系统的标准个人电脑完成。
特别努力提供屏蔽和I/O连接器瞬态保护。AirSpy的售价仅为199美元，Spyverter则要多花59美元。两者都可以订购AirSpy的网站。
图3。AirSpy软件定义的无线电(左边)可以成功地用作廉价的频谱分析仪。还显示了Spyverter低频转换器(右侧)，允许从“DC”调到60 MHz。
当从基于pc的免费“Spectrum Spy”软件驱动时，AirSpy可以显示相对准确的频谱图(见图4)。注意，还有“瀑布”显示功能，记录频率与时间的关系。这对于追踪间歇性EMI脉冲或无线电传输很有用。此外，该软件允许持续记录发射到PC的磁盘驱动器(直到其容量)。
图4。AirSpy测量嵌入式处理器板的辐射。270mhz的处理器时钟很容易被观察到。
AirSpy网站包括各种有用软件应用程序的链接。可以使用常用的“SDR#”(发音为“SDR Sharp”)，但范围仅限于10 MHz。
我建议下载SpectrumSpy应用程序，因为它更接近于正常频谱分析仪的控制。缺少了许多细节，如dBuV测量，最大保持，标记，可调分辨率带宽等，但SpectrumSpy确实适用于一般测量;中心频率、跨度和上/下频率限制都可以指定。一个很好的事情是，跨度不限于10 MHz，但可以显示一个宽频带的频率-更有用的EMI故障排除。注意，振幅仅以dBm为单位。
频率精度和幅值精度均可接受。我不确定是否会将此产品用于预遵从性测试，但对于一般故障排除和教育用途，它应该表现良好。
微型频谱分析仪-“TinySA”已经席卷了爱好者社区(见图5)。这款100美元以下的扫描频开云体育双赢彩票谱分析仪可以通过亚马逊和许多其他渠道购买。因为有太多表现不佳的克隆游戏，官方开发组织(https://www.tinysa.org/wiki/)中有获取“真货”的信息。
安全的卖家是亚马逊，但维基上还列出了许多其他的。
图5。TinySA可以在两个频段内从100 kHz到350 MHz和240到960 MHz进行调谐。
一般规格包括:
- 频谱分析仪有两个输入，高质量的MF/HF/VHF输入为0.1MHZ至350MHz，低质量的UHF输入为240MHz至960MHz或
- 信号发生器有两个输出，正弦输出0.1MHz至350MHz和方波输出240MHz至960MHz时不作为频谱分析仪
- 可切换分辨率带通滤波器的范围在2.6kHz和640kHz之间
- 彩色显示屏显示290个扫描点，覆盖整个低频或高频范围。
- 输入步进衰减器从0dB到31dB用于MF/HF/VHF输入
- 内置校准信号发生器，用于自动自检和低输入校准
- 通过USB连接到PC (PC控制的频谱分析仪或信号发生器)
- 可充电电池，允许至少2小时的便携式使用
- 注意:最大输入电平+10dBm。
这种小而低成本的设计有一定的局限性:
- 内部相位噪声为相位噪声测量设定了明确的下限
- 2.4kHz的最小分辨率带宽使得它不可能看到更多的光谱细节
- 高输入(240MHz到960MHz)有非常有限的图像抑制和只有一个级别可选的内置衰减器，这使得它很难解释复杂的信号
- 高输入可选输入衰减器依赖于频率，在25dB和40dB之间变化
- 在较低的分辨率带宽(低于30kHz)下，由于分辨率滤波器的实现，每个点的测量时间开始增加
- 屏蔽和滤波器的性能限制可能会导致某些图像和杂散可见，但某些功能，如杂散抑制和切换到以下中频，可能有助于检测和/或减少这些杂散和图像
- 在0.1MHz以下，灵敏度开始降低
- 在1MHz以下，建议禁用自动增益控制(AGC)，并可能启用低噪声放大器(LNA)以获得最佳测量质量
- 当使用提供的伸缩天线或低RBW时，应该注意TinySA MCU在48MHz及其谐波上的辐射
然而，对于一般的排放故障排除，这可能是您所需要的全部。显示包括标记和瀑布显示。它也可以通过PC机的USB和免费软件进行控制。
专业便携式分析仪
专业便携式分析仪是更严重的EMC故障排除和表征的有用工具。例如，我已经使用AIM-TTi便携式分析仪或其早期前辈25年了，发现它们易于运输，对于扫描直接连接到输入端的较大h场探头的大型系统非常有用。
AIM-TTi PSA2702T手持频谱分析仪-如果你在现场需要更高质量的便携式频谱分析，你可以考虑手持Thurlby Thandar Instruments (AIM-TTi) PSA2702T(见图6)。我已经使用其中一个多年了，最近升级到下面描述的6 GHz带宽模型。
PSA2702T覆盖1 MHz到2.7 GHz，包括三种分辨率带宽:15 kHz, 280 kHz和1 MHz。有两个标记，可以读出振幅和频率，以及delta。可以定义限制线，并且可以对该单元进行编程，使其发出哔哔声、停止扫描、记录扫描或在超过限制时提供输出脉冲。基本价格为1695美元。
图6。Thurlby Thandar PSA2702T是一款价格实惠的便携式频谱分析仪，覆盖1 MHz至2.7 GHz。Saelig或Newark Electronics提供的价格为1695美元(图片由Thurlby Thandar Instruments提供)。
该单元可以显示dBm, dBuV, mV或uW的振幅，并有两个参考电平:0和-20 dBm。有一个简单的视频过滤器(开/关)，但它还包括平均和“峰值保持”。振幅和频率精度对于这种尺寸的单元是合理的，并且适用于一般故障排除目的。但是，您可能希望使用实验室级分析仪进行最准确的测量或遵从性测试。安装配置可以被保存和召回，屏幕可以被捕获并存储在内部存储器或u盘中。目前，并不是所有的u盘都支持。只有符合USB大容量存储级别(MSC)，容量从32 MB到32 GB的才能工作。我不得不尝试了一些，才找到了一个适合我的。关于这一点的进一步细节包含在手册中。
该仪器具有5.5 × 9.5厘米(4.3英寸)背光TFT LCD显示屏，可用波形显示面积为5.5 × 5.5厘米(2.25平方英寸)。显示的其余部分用于状态指示器和三层菜单安排。我喜欢嵌套菜单总是可见的事实，而且我很少需要猜测在哪里找到一个功能。显示清晰易读。这款新机型还配备了一个铰链式保护罩，可以自动拆下并重新安装到后部以支撑设备(见图7)。锂离子电池似乎可以持续使用数周。我只需要一个月给我的手机充一次电。
该设备甚至包括AM/FM解调器电路和顶部的耳机插孔，用于评估潜在的商业环境信号。有一些用于标记、预设和运行/停止的关键硬件控制，但大多数都是触控软键。
附加功能选项U01:
- 带有极限比较器的极限线和极限图案
- 数据记录的峰值，完整的痕迹，或屏幕
来自计时器、外部触发器或限制比较器的图像 - 从外部触发器或限制比较器扫描触发
- 补偿表，固定偏移量，和75R补偿
- 在PC上显示屏幕内容的能力
图7。带有屏幕保护膜的PSA2702T翻转起来。保护器可以拆卸并添加到背部以支撑设备。
使用PSA2702T和附加探头进行故障排除快速简便。通过将近场探头直接连接到分析仪上，您就拥有了完美的手持排放探测器。虽然该设备缺乏标准EMI带宽(例如，120 kHz)，但我不认为这是故障排除过程中的限制。您通常寻找的是相对变化。一旦实施了修复，就需要使用适当的EMC标准中规定的适当设备在一个室中测量您的产品。
总结- - - - - -虽然PSA2702T不提供典型的EMI带宽或准峰值检测，但它确实包括许多非常方便的通用EMC故障排除功能。标记、峰值搜索、平均、峰值保持、波形内存、以dBm或dBuV为单位的振幅缩放、屏幕捕获和仪器设置内存(更不用说可移植性了)等都是EMC工程师非常强大的工具。
在将产品转移到合规测试设施之前，使用这种低成本的仪器执行初始故障排除，将节省金钱和时间。这种真正的手持式频谱分析仪每月的购买费用相当于租用一台台式分析仪的费用。我强烈建议购买PSA2702T-USC，其中包括一个保护手提箱，选项U01和12V直流电源线。美国分销商是Saelig Electronics或Newark Electronics，它以低于1800美元的价格销售上述包。
AIM-TTi PSA6005手持频谱分析仪Thurlby Thandar也有一个6 GHz型号，PSA6005，它使用与PSA2702T相同的封装(见图8)。
大部分功能和规格保持与型号PSA2702T相同，但它覆盖10 MHz到6 GHz。AIM-TTi销售一款成本较低的PSA3005，规格与之相似，但频率上限为3 GHz。新的系列分析仪包括更多的分辨率带宽(rbw)，从300hz到10mhz在1:3:10模式。
视频带宽可以在相同的范围内调整或锁定到RBW。垂直刻度可以为1、2、5或10分贝。在PSA2702T rbw仅为15 kHz、280 kHz和1 MHz的情况下，这是一个实质性的改进。有两个标记，可以读出振幅和频率，以及delta。可以定义限制线，并且可以对该单元进行编程，使其发出哔哔声、停止扫描、记录扫描或在超过限制时提供输出脉冲。提供免费的PSA管理软件，可以控制许多功能和显示波形。与Option U02结合使用，它提供了一个非常强大的工具。
该单元可以显示dBm, dBuV, mV或uW的振幅，并且有四个参考电平:+20,0，-20和-40 dBm -比PSA2702T的0和-20 dBm的两个电平有所改进。该单元包括交替峰值(默认)，负峰值，正峰值，样本，线性平均，对数平均和均方根的检测器。振幅和频率精度对于这种尺寸的单元是合理的，并且适用于一般故障排除目的。但是，您可能希望使用实验室级分析仪进行最准确的测量或遵从性测试。安装配置可以被保存和召回，屏幕可以被捕获并存储在内部存储器或u盘中。在这一点上，并不是所有的u盘都支持;只有符合USB大容量存储等级(MSC)，容量从32 MB到32 GB的才能使用。我不得不尝试了一些，才找到了一个适合我的。关于这一点的进一步细节包含在手册中。
选择U02提供了许多额外的功能，触发扫描，限制模式和比较器，通道标记，自定义预设，数据记录自动测量，偏移和补偿表，波形解调，以及“PC上的视图”，其中波形可以通过USB发送到PC上进行培训。选择南加州大学包括一个软垫手提箱。
图8。PSA6005与附件套件和手提箱(选项USC)。
使用PSA6005和附加探头进行故障排除快速简便。该单元灵敏度足够大的2转蜂窝环路探头，前置放大器通常是不必要的。通过将探针直接连接到分析仪上，您就拥有了完美的手持排放探测器。虽然该设备缺乏标准的EMI带宽(例如，对于30到1000 MHz之间的频率，120 kHz)，但我不认为这是故障排除过程中的限制。我只用100千赫。
排放可以通过屏幕截图(bmp格式)或以逗号分隔(或分隔)变量的表格(csv)来记录，这些表格可以保存并导入到您最喜欢的电子表格中(参见图9)。我特别喜欢的是我可以保存的无限数量的仪器设置。我最喜欢的频率包括30到200 MHz用于低频发射，100到500 MHz用于我的很多典型故障排除，2.4到2.7 GHz用于Wi-Fi和蓝牙嗅探，5.5到5.7 GHz用于5 GHz Wi-Fi频段。
图9。屏幕截图显示了一个典型的数字电视“空中”信号。
我非常希望1到10 MHz的低频范围没有丢失，因为这对于进行排放测量很重要。最后，电池寿命比2.7 GHz PSA2702T的8小时短得多，至少只有3小时。
总结- - - - - -虽然PSA6005不提供典型的EMI带宽或准峰值检测，但它确实包括一些非常方便的通用EMC故障排除功能。标记、峰值搜索、平均、峰值保持、波形内存、以dBm或dBuV为单位的振幅缩放、屏幕捕获和仪器设置内存(更不用说可移植性了)等都是EMC工程师非常强大的工具。
我通常使用这种仪器来大致了解一个大型系统的排放情况，然后使用它或台式分析仪来执行最初的故障排除。我建议购买PSA6005-USC，它包括一个保护手提箱，选项U02(几个EMC增强)，一个可伸缩天线和一根12V直流电源线。美国分销商包括纽瓦克电子和Saelig电子。
罗德与施瓦茨FPH光谱骑手-考虑到它与实验室质量分析仪的规格相似，还有另一种相对便宜的选择。罗德与施瓦茨公司发布了他们的FPH“Spectrum Rider”便携式分析仪，其基本价格为5280美元起(见图10)。我还推荐440美元的内置前置放大器选项。我有机会复习了一下，感到很惊喜。该设备具有许多功能，许多昂贵的分析仪，但是一个紧凑的电池操作便携式。
虽然被称为“手持式”，但这台设备的数量并不多。它的外形与许多竞争对手(如Keysight和Anritsu)相当，但重量仍然高达5.5磅。侧面的手带确实有助于单手稳定它，但我不想单手拿它太长时间。它还有一个方便的后折叠式支架，打开时有点麻烦，因为几乎没有什么可以抓的，但是，一旦展开，就可以安全地支撑整个设备。在支架下面，你会发现可更换的锂离子电池和微型SD卡槽，用于存储数据和屏幕截图。
仪器控制都很清楚，我真的不需要用户指南就开始使用它。该设备的调频范围为5khz至2ghz，可选3 GHz或4 GHz。虽然没有跟踪生成器选项，但该单元确实提供了很多精度和有用的功能。电池寿命额定为8小时，即使在充分的阳光下，它也是防潮的，易于阅读的显示。非常适合现场使用!
图10。罗德施瓦茨FPH“Spectrum Rider”便携式频谱分析仪。其规格与价格更高的实验室质量分析仪非常相似，基本价格仅为5280美元。
主要控制:频率、带宽、扫描、跟踪和测量以及标记位于数字键盘上方，跨度和振幅位于左侧。上面是系统键:预设、设置、模式、行、保存/召回和屏幕捕捉——顺便说一句，我很喜欢这些键。您可以在“设置”中配置文件名文本，然后每次按屏幕捕捉按钮都会自动增加计数。文件以JPEG或PNG格式保存。
设置频率限制很容易。您可以设置中心/跨度或上限/下限。频率偏移控制允许以1hz的增量移动所显示的频谱。带宽按钮允许控制手动或自动BW设置。rbw可按1/3/10的顺序设置，取值范围为3hz ~ 3mhz。同样，扫描时间也可以手动设置或自动设置。设置可以从20毫秒到1000秒不等。滚动轮有一个中心按钮，作为“进入”控制。e顶部面板包括输入端口，外部触发/外部参考输入，耳机插孔，和一对USB端口。左侧面板包括电池充电器连接器和安全插槽。 The right-side panel includes an Ethernet and USB port. The instrument may be controlled remotely using either the Ethernet or USB ports through standard SCPI or VISA control. All ports include rubberized covers for weather protection.
标记控制允许查找峰值信号(新标记)，这是立即连接到滚轮。有六个标记可用与delta频率和振幅读数在上面显示。此外，在特定信号上设置标记，然后按下标记功能，显示AM和FM的解调设置。我喜欢标记标签(“M1”)位于轨迹之外的事实。
台式分析仪
对于更严重的EMC故障排除，有几个负担得起的高质量台式分析仪的选择。其中包括Rigol DSA815和Siglent ssa3000x系列。所有列出的这些都足够精确，可以进行预合规测试，在内部设置一个永久或临时的3m测试范围，直接与第三方测试实验室进行测量比较。
普源精电DSA815TG如果有一款频谱分析仪在几年前发布时就引起了很大的轰动，那就是Rigol DSA815廉价频谱分析仪(1295美元)，它的调谐范围从9 kHz到1.5 GHz(见图11)。跟踪生成器选项将额外花费200美元(强烈推荐)，EMI选项提供准峰值检测和三个常见EMI分辨率带宽(所有这些都需要符合当前大多数EMC标准)，额外花费600美元。还有很多其他的选择。
图11。Rigol DSA815TG，带有跟踪发生器(图片由Rigol Electronics提供)。
大彩色屏幕(800×480 WVGA)清晰易读(参见图12)。控件按逻辑分组排列，在很大程度上与大多数高端频谱分析仪相同。除了常见的频率、跨度和幅度按钮外，主要的分组还包括控制、标记、测量、实用程序和编辑(数字和文本输入)。垂直的一行软键选择次要功能。在左边，您会发现一列分析器状态图标。还有一个“帮助”键，为您描述每个控件。
图12。DSA815可以自动显示前十个发射峰值。图片由Rigol Electronics提供。
尽管广告中宣称“高开云体育store达-135 dBm显示平均噪声电平(DANL)”，但在实际使用中，它更多地是在-60到-90 dBm的量级上，这取决于所调用的频率跨度和分辨率带宽。最常用的控制都是按一两个按钮。
它很容易保存屏幕截图和保存/召回仪器设置。命名文件的方法有点像在普通(非“智能”)移动电话上输入文本，而且相当快。不过，如果能为此插入一个键盘就太好了。
我经常使用的一个功能是显示线。通过将其设置为基准排放读数，您可以继续尝试各种修复，同时监控您的进展。不幸的是，它在某种程度上被隐藏在菜单结构中。
Siglent Technologies ssa3000x系列- - - - - -Siglent技术几年前，华为发布了ssa3000x系列低成本频谱分析仪。它使用了与Rigol相同的紧凑外形，但略宽，以适应更宽的视频显示(参见图13)。基本型从9 kHz调至2.1 GHz，另一款调至3.2 GHz。此后，他们发布了许多更高带宽的模型，以及实时分析器。
还有一个类似的EMI和跟踪发生器选项。控件布局类似于Rigol，易于使用。两种Siglent模型在振幅精度和频率分辨率方面都略有改进。它们还显示更多的痕迹和标记，免费的Windows PC软件有助于定义限制线，并执行自动化的预合规测试和文档。
图13。Siglent ssa3000x系列频谱分析仪根据型号的不同，调谐范围从9 kHz到2.1 GHz或3.2 GHz。
扫频分析仪概述
虽然RF Explorer、AirSpy和TinySA都很可爱，可以在极端的预算下帮助进行排放故障排除，但任何其他更严肃的分析仪都应该更适合你。我对现场使用的偏好仍然是AIM-TTi PSA2702T，因为它使用速度快，适合运输箱，并避免携带第二件齿轮。罗德和施瓦茨光谱骑手的质量要高得多，也会在现场工作得很好。
Rigol或Siglent分析仪的优点是，它们比AIM-TTi PSA2702T更准确，并包括前置放大器、跟踪发生器、EMI带宽和准峰值检测器。然而，对于基本价格，它们分别被限制在1.5或2.2 GHz。
跟踪发生器是确定谐振、电缆损耗和滤波器响应的有价值的故障排除工具。当然，Rigol和Siglent，以及主要的制造商，都有更高频率的型号，需要额外的费用。
