频谱仪的设置主要有频率范围、分辨率和动态范围，而动态范围又会涉及到最大的输入功率即烧毁功率，增益压缩使小于1W的输入信号如果超过线性工作区也会有误差。还有灵敏度。要从以上几个主要方面来考虑频谱仪对输入的信号是否可测。

现在来看第一项参数频率范围。这个参数要从两个方面看，一是频率范围的设置是否足够的窄，具有足够的频率分辨能力，也就是窄的扫频宽度（见图6）。二是频率范围是否有足够的宽度，是否可以测到二次、三次谐波。

当我们用一个频谱仪测量一个放大器的谐波失真的时候，若这个放大器工作点是1GHz，那么它的三次谐波就是3GHz。这就是要考虑频率范围的最大可测宽度。如果频谱仪是1.8GHz的，那么就不能测量；如果是26.5GHz的频谱仪，当然可以测到它的三次，四次谐波。

第二类指标是分辨率。这是频谱分析仪中非常重要的参数设置。分辨率表示当要测量的是F1、而在F1的附近有另一个F2（见图7）。但它们的功率不一样，这时看能不能将它们区分开。将这个中频带宽设置成三种不同的宽度，下面所对应的就是在这一带宽设置时所看到的曲线（显示线）。很显然中频带宽越窄分辨率越高，中频带宽越宽分辨率越低。分辨率带宽直接影响到小信号的识别能力和测量的结果。

分辨率实际上就是分辨两个信号的能力，中频滤波器的3dB带宽就是分辨率带宽（见图8）。

对信号的分辨除了分辨率带宽会影响之外，还有一个参数，滤波器的形状因数（见图9），即滤波器60dB对3dB带宽之比值。形状因数越小越接近3dB带宽。越陡峭就越接近于矩形，这时分辨能力就越强。所以说形状因数越小，分辨能力越强。

模拟滤波器一般为15:1或是11:1，而数字滤波器是5:1。对于一个信号的分辨能力还有两个因素：剩余调频和噪声边带（见图10)。

剩余调频是本振信号的抖动，这是无法避免的工艺问题。这种抖动决定了它能分辨信号间的小频率范围。如果两个信号相差频率是小于这个抖动范围，那么就无法把这两个信号分辨出来。所以剩余调频这个指标就决定了频谱分析仪的最小可分辨的频率差。 对于HP-859X来说是20Hz，对于ESA来讲是10Hz。

噪声边带在信号响应基底上表现得不稳定，这个噪声可能掩盖近端（靠近载波）的低电平信号。这个噪声是由本振的抖动引起的，在频率域上的体现。这个边带噪声降低了分辨能力。

对于频谱分析仪来说要降低边带噪声是很困难的，这涉及到其压控振荡器的制作工艺。而把滤波器的形状因数做小是相对比较容易实现的。所以我们评定一个频谱仪的时候不仅要考虑它的边带噪声，也要考察它的形状因数。

对于HP-859X的频谱仪，当分辨率带宽变得很窄，在300Hz以下时，其滤波器就自动切换到数字滤波器上。对于859X的频谱仪其内部的滤波器全是模拟的，没有数字滤波器。数字滤波器的测量速度要高于模拟。

用不同设置的分辨率带宽去测量交调信号。如图11所示。

当测量F1和F1+10kHz（F2）信号时，分辨率带宽BW设置成10kHz，与两个信号频率差别是一样的，这种情况下我们看到的是最外面的曲线，正好将两个信号分开。但不太容易分辨，只是知道是有两个信号存在。我们将BW下调一级，变成3kHz，图11中的中间那条曲线，就可以将两个信号分辨得非常清楚。但它的交调失真还是看不出来。我们再把BW进一步降低成为1kHz（实际是提高了分辨率），我们就可以更清晰地看到F1和F2，同时也看到两个失真信号。

分辨率带宽降低能提高分辨率，但对测量来说分辨率降低会增加扫描时间。这时我们可以对扫描时间进行人为设置，加快其扫描速度，提高测量速度。但是，由于扫描时间的改变会造成测量上的误差，具体就是频率升高，而幅度降低（见图12）。

所以作为一种快速测量而不要求太高测量精度时，可以采用这种方法，但若要较高精度的测量，必须要使BW与测量时间置于自动联动，方可满足准确测量的要求。

频谱分析仪第三个重要指标-动态范围。动态范围表示当两个信号同时出现时，测量其幅度差的能力。影响它的因素有最大输入功率、非线性工作区域、1dB压缩点（有时为0.5dB）。

频谱仪内部的混频器有一定的线性工作区域，如果超过线性区域，输入功率的变化与输出功率的变化即呈非线性。输出功率的变化量比输入功率的变化量小，造成功率压缩。如果功率压缩存在，我们所测得的功率值就是不准确的。

那么我们如何判断是否存在压缩呢？可以利用频谱仪内部的衰减器或外接衰减器来进行判断。将衰减器的衰减量设置在10dB时，测量混频器的输出功率。再将衰减器的衰减量增加10dB，再去测量混频器输出功率也应线性地减小10dB。若变化量不是10dB，只有7或8dB，说明混频器已工作在非线性区域，存在功率压缩区。

即使当频谱仪工作在线性区域的时候，混频器仍然产生内部失真，因为它是有源的非线性器件。在最差的情况下，内部失真完全可以覆盖被测件的失真产物或是外来的谐波失真。即使当内部失真低于要测信号的失真，也会引起测量误差。因为当基波信号进入到频谱仪时，它同样会产生二次和三次谐波。这种失真是由频谱仪内部产生的。这一失真会与输入信号的失真混叠起来，最后输出的谐波分量要比真实的失真高。这就造成了一定的测量误差。这要求频谱仪所产生的内部失真要尽量地小，使最后迭加出来的信号，趋近于被测信号。 如何降低频谱仪内部的谐波失真和交调失真。这可利用失真特性，二次或三次谐波在数学公式上都存在这样的特点，即若存在一个频率为F的信号，其二次谐波为2F，三次谐波为3F。当两个信号F1、F2存在，其交调失真有2F1-F2、2F2-F1等等，见图13。

当F信号功率变化1△时，2F功率会变化2△，它的三次谐波会变化3△。变化量分别是其2倍和3倍。也就是说当输入功率降低1dB，二次谐波和三次谐波分别会降低2dB和3dB。交调失真是当F1、F2分别变化1△，2F1-F2和对应的2F2-F1均变化3△，这就是其特点。在测量时，频谱分析仪本身产生的二次谐波信号越高，它测量的范围越差。我们用输入信号F0的功率值和产生信号谐波功率值之差来进一步定义动态范围。凡是被测信号落在这一范围之内，都可以测出。

如何使动态范围增大（见图14），我们可以利用上面所说的数学特性，只要将F0的功率降低1dB，2F0会降低2dB。这就使动态范围增大了1dB。若F0的功率降低10dB，其动态范围也会随之增大10dB。三次失真的降低速度会更快。二次谐波和三次谐波的动态范围是呈线性变化的，只是斜率不一样。

我们用动态范围和功率值建立一个坐标系，可以得到图15的曲线，横坐标实际是混频器F0输入功率值，纵坐标就是内部失真电平。在动态范围的图上划出由基波产生的二次和三次失真产物与基波信号的相对关系。当一个混频器F0的功率为0dB，它的二次谐波失真信号的功率是固定的，差值也是固定的。可以看出，当功率降低越低，动态范围就越大。三次谐波更是如此。由此得出，混频器输入的功率越小，其动态范围就越大。

对于小信号的测量还有一个影响因素是它的噪声底。一个被测信号在仪器本身的失真范围之下是不可测的，若隐含在仪器本身的噪声底之下也是无法检测的。那么噪声底由谁来决定？噪声底的第一个因素是衰减量（见图16）。当衰减器的衰减量为10dB时，我们可以看到这些噪声曲线，同时看到一个小信号。当衰减量变成20dB，噪声底会抬高10dB，小信号就会被覆盖在平均噪声功率之下，变成不可测量。所以衰减量会影响仪器的噪声底，并降低了信噪比。所以要用尽可能小的输入衰减以获得最好的信噪比。

在实际的测量中，显示的信号电平不会随衰减的增加而下降。这是因为当衰减降低了加到检波器的信号电平时，中频放大器会增加10dB来补偿这个损失，这使荧光屏上的信号幅度保持不变。但噪声电平被放大、增加了10dB。

另一个因素是中频滤波器的带宽（见图17），带宽越宽，进来的噪声越多，功率当然也就越高。带宽降低10倍，噪声功率也会降低10倍；带宽降低100倍，噪声功率也会降低100倍。BW从100kHz变成10KHz，其噪声平均显示电平会降低10dB。

所以说频谱仪的噪声是在一定的分辨带宽下定义的。广义上说，频谱分析仪的最低噪声电平是在最小分辨率带宽下得到的。

当频谱仪设置的分辨带宽以及衰减量固定时，那么它的噪声底也就固定了。这时信号的检测能力也决定了。当小信号低于噪声底时就不可测量，高于噪声底就变得可测。这个测量范围就是被测信号与噪声底的比值。信号若比噪声底高10dB，可测范围就是10dB。这一信噪比我们置于纵坐标上，输入功率在横坐标上。（见图18）当噪声底固定的话，假设把BW设置在1kHz时，衰减量不变，那么它的噪声是不变的，这时设输入功率为-40dB，信噪比是75dB。当输入功率为-30dB时，信噪比为85dB。从此看出，信号的降低，信噪比是降低的。

噪声底对动态范围的影响。把信号对噪声和信号对失真的曲线置于同一坐标系上，横坐标是输入功率，纵坐标是动态范围（见图19）。最大的动态范围处于曲线的交点。这时内部产生的失真电平等于显示的平均噪声电平。

频谱仪是否产生了失真？我们可以通过改变衰减器来判断。输入两个信号F1和F1+10k，当衰减量增大，混频器的输入功率降低，理论上失真也会降低。如果我们看到这些信号是降低的话，说明失真信号是频谱仪内部产生的；如果不变，那么它是外来的信号（见图20）。这是因为在调节衰减器的衰减量时，它后面有一个放大补偿（本文前面曾讲过）。所以频谱仪显示的外来失真信号是不变的，但自身的失真会有明显的变化。这个方法可简单明确的看出频谱仪是否工作在失真状态。

在测量时为了使噪声曲线平滑，在检波之后，放置了一个低通滤波器，即视频滤波器。这就是BW键中VBW软键的设置（见图21）。它的作用是将检测信号中的高频部分滤掉，使我们从显示屏上看到一个光滑的曲线。这对小信号的测量是非常有效的，它可使读数更为稳定。

最后谈一下灵敏度。简单地说，灵敏度就是最小可检测信号，定义为在一定分辨带宽下显示的平均噪声电平。“平均”就是足够窄的视频带宽VBW，去平均信号加噪声或噪声（见图22）。若一信号的电平等于显示的平均电平，它将以近似3dB突起显示在平均噪声电平之上。这一信号被认为是最小的可测量信号电平。

如果要使频谱分析仪得到最好的灵敏度，有以下三个方法：

• 最窄的分辨率带宽；
• 最小的输入衰减；
• 视频带宽VBW应是分辨率带宽的百分之一。

但是最好的灵敏度可能与其它测量设置有矛盾，如测量时间大增，0dB的衰减会增加输入的驻波比，降低测量精度。 总之，频谱仪的最佳工作状态是由诸多因素、参数决定的，不能片面追求某一指标的完美，需统筹考虑，对本文所述的基本因素和所要作的测量类型进行分析，尽力趋向于完美的组合。如对小信号测量，要提高灵敏度，对失真测量要调节衰减，同时要会判断频谱分析仪的工作状态等等。这在我们实际的工作中会遇到并要细心实践。