頻譜分析儀(spectrum analyzer)
頻譜分析儀回答的問題和示波器不同。示波器把訊號顯示成電壓對時間——它的形狀。頻譜分析儀把同一個訊號顯示成振幅對頻率——它由哪些音調組成。你腦中該浮現的畫面是稜鏡:把白光照進去,稜鏡把它展開成一道由各色分開的彩虹。頻譜分析儀對電訊號做同樣的事,把它拆成其中存在的各個頻率、以及每一個有多強。它就是把音響等化器的顯示,做成一台精密儀器。
這種視角存在的理由是一個深刻的概念:任何重複的訊號,無論多複雜,都是不同頻率的純正弦波之和。一個完美的 1 kHz 正弦波,顯示為 1 kHz 處單一根尖峰。相對地,一個 1 kHz 方波,顯示為 1 kHz 的尖峰,外加 3 kHz、5 kHz、7 kHz……等較小的尖峰——它的諧波。垂直軸通常用 dBm,一種對數的功率刻度,因為你要獵捕的東西(微弱的雜散音、失真產物、雜訊)可能比主訊號小一百萬倍,在線性刻度上根本看不見。
為何重要:有些問題在時間上幾乎看不出來,在頻率上卻一目了然。一個微弱的干擾音、代表放大器在失真的諧波、交換式電源噴進無線電頻段的能量擴散、接收機的雜訊底——全都是頻譜分析儀的自然讀物,這也是它活躍於射頻與電磁相容工作的原因。在入門層次,要知道:時間與頻率是同一現實的兩種互補視角;許多現代示波器內建基本的 FFT 來顯示粗略的頻譜;而專用的掃頻分析儀,遠比那個內建功能更高頻、更安靜。
一台放大器在示波器上聽起來乾淨,只是個 1 kHz 正弦波。在頻譜分析儀上,同一個輸出顯示出 1 kHz 的峰,外加 2 kHz 處低 40 dB 的較小尖峰。那個二次諧波就是時間視角裡眼睛漏看的失真——頻率視角讓一個隱藏的瑕疵變得顯而易見。
振幅對頻率——把訊號拆成其中各個音調的稜鏡。
時間與頻率不是對手,而是同一訊號的兩種視角。在示波器上明顯的毛刺,在頻譜分析儀上可能看不見;在頻譜裡明顯的微弱雜散,在時間裡也可能看不見。熟練的實驗檯兩者並用。