频谱分析仪是一种用于研究电信号频谱结构的多用途电子测量仪器，广泛应用于无线电技术、电子测量、电力测量和通信测量等领域。它能够测量信号的频率分布、幅度特性、失真度、调制度、谱纯度、频率稳定性和交调失真等参数。
频谱分析仪的应用领域非常广泛，包括电子对抗、卫星通讯、移动通讯、雷达、射电天文、航空航天和频谱监测等。它不仅可以用于测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，还可以用于研发诊断以及雷达系统设计中。
此外，随着数字技术的发展，现代频谱分析仪集成了许多新功能，如接收器、仪表、频率计和网络分析仪等，从而拓宽了其测量功能和应用范围。总之，频谱分析仪作为“工程师的射频万用表”，在无线电信号测量和电子产品研发与生产中具有至关重要的作用。
01 频域对时域
频谱分析仪和示波器一样，都是用于信号观察的基本工具，是无线通信系统测试中使用量最大的仪表之一。傅立叶理论告诉我们，时域中的任何电信号都可以由一个或多个具有适当频率、幅度和相位的正弦波叠加而成。换句话说，任何时域信号都可以变换成相应的频域信号，通过频域测量可以得到信号在某个特定频率上的能量值。通过适当的滤波，我们能将图1中的波形分解成若干个独立的正弦波或频谱分量，然后就可以对它们进行单独分析。每个正弦波都用幅度和相位加以表征。如果要分析的信号是周期信号，傅立叶理论指出，所包含的正弦波的频域间隔是 1/T，其中 T 是信号的周期。
图1 复合时域信号
傅里叶变换：频谱是一组正弦波，经适当组合后，形成被考察的时域信号是一个时域信号，通过傅里叶变换可以将其转换为频域信号。傅里叶变换的公式为：
其中，Ϝ(ω)是频域信号，f(t)是时域信号，ω是角频率，t是时间。
02 什么是频谱
频谱是一组正弦波，经适当组合后，形成被考察的时域信号。图1显示了一个复合信号的波形。假定我们希望看到的是正弦波，但显然图示信号并不是纯粹的正弦形，而仅靠观察又很难确定其中的原因。图2同时在时域和频域显示了这个复合信号。频域图形描绘了频谱中每个正弦波的幅度随频率的变化情况。如图所示，在这种情况下，信号频谱正好由两个正弦波组成。现在我们便知道了为何原始信号不是纯正弦波，因为它还包含第二个正弦量，在这种情况下是二次谐波。
既然如此，时域测量是否过时了呢? 答案是否定的。时域测量能够更好的适用于某些测量场合，而且有些测量也只能在时域中进行。例如纯时域测量中所包括的脉冲上升和下降时间、过冲和振铃等。
图 2 信号的时域和频域关系
03 为什么要测量频谱
频域测量同样也有它的长处。如我们已经在图 1和2 看到的，频域测量更适于确定信号的谐波分量。在无线通信领域，人们非常关心带外辐射和杂散辐射。例如在蜂窝通信系统中，必须检查载波信号的谐波成分，以防止对其它有着相同工作频率与谐波的通信系统产生干扰。工程师和技术人员对调制到载波上的信息的失真也非常关心。三阶交调 (复合信号的两个不同频谱分量互相调制) 产生的干扰相当严重，因为其失真分量可能直接落入分析带宽之内而无法滤除。
从图形来看，频谱可分为两种基本类型。①离散频谱：又称线状频谱，图形呈线状，各条谱线(代表某频率分量幅度的线)之间有一定间隔。周期信号的频谱都是离散频谱，各条谱线之间的间隔相等，等于周期信号的基频或整数倍。②连续频谱：各条谱线之间的间隔为无穷小，谱线连成一片。非周期信号和各种无规则噪声的频谱都是连续频谱，即在所观测的频率范围内的全部频率上都有信号谱线存在。实际的信号频谱往往都是混合频谱，被测量的连续信号或周期信号，除了它的基频、各次谐波和寄生信号所呈现的离散频外，往往不可避免地伴有随机热噪声所呈现的连续频谱作为基底。
