示波器的FFT功能與頻譜分析儀在頻域分析中都有重要的應用，它們都可以用于查看信號的頻譜，幫助我們了解信號的頻率成分。雖然這兩種方法都可以用來進行頻域分析，但它們在設計上有不同的側重點，因此在實際操作中的表現也有明顯差異。

一、工作原理與概念

1. 示波器的FFT功能

示波器主要用于時域信號的分析，但許多現代示波器都具備快速傅里葉變換（FFT）功能，可以將時域信號轉換為頻域信號，以顯示其頻譜。

l 工作原理：通過FFT算法，示波器能夠將捕獲的時域波形轉化為頻譜圖。FFT將時域信號分解為不同的頻率成分，并以頻率（橫軸）和幅度（縱軸）的方式顯示信號的頻率分布。

l 頻譜顯示方式：頻率的幅度以dB（分貝）或線性單位顯示，頻率范圍可通過采樣率和FFT窗口大小調節。

2. 頻譜分析儀

頻譜分析儀是一種專門設計用于頻域信號分析的儀器，廣泛應用于射頻（RF）、微波、音頻和其他頻率相關的領域。

l 工作原理：頻譜分析儀通過帶通濾波器和混頻器等硬件組件，掃描不同的頻率范圍，并測量每個頻率的信號強度。它直接測量信號的頻譜，不涉及時域信號處理。

l 頻譜顯示方式：頻譜分析儀顯示的也是頻率（橫軸）與幅度（縱軸），通常以dBm為單位，適合用于精確的頻譜分析和RF信號測量。

二、操作對比

1.示波器FFT功能的操作

測試步驟：

①信號輸入：將信號源連接到示波器的輸入通道。信號可以是模擬信號，如正弦波、方波、調制信號等。

②捕獲時域波形：示波器首先在時域模式下捕獲并顯示輸入信號的波形。

③ 啟用FFT功能：在示波器的菜單中啟用FFT功能，切換到頻域視圖。通常可以選擇FFT窗口類型（如漢寧窗、矩形窗、等），并根據信號的特性選擇合適的窗口。

④調整頻率范圍和分辨率：示波器的FFT頻率范圍由采樣率決定。通過調整采樣率和采樣點數，可以優化頻譜的頻率分辨率和最大頻率范圍。

⑤分析頻譜：觀察FFT圖形，找到主要的頻率成分（峰值位置）和噪聲水平。FFT圖通常提供信號的幅度和諧波成分信息。

優勢和不足：

優勢：

- 時域與頻域的綜合分析：示波器的最大優勢在于它能夠在時域和頻域之間快速切換，工程師可以同時觀察信號的時域波形和頻域特性。

- 操作方便：大部分示波器集成了FFT功能，且使用起來較為便捷，不需要額外設備。

不足：

- 動態范圍和精度有限：示波器的動態范圍較頻譜分析儀低，通常在50~60 dB范圍內，而頻譜分析儀可達到更高的動態范圍（通常超過100 dB）。

- 頻譜分辨率有限：示波器的頻譜分辨率依賴于采樣率和FFT點數，較低的采樣率會限制可觀察到的頻率范圍及分辨率。

2. 頻譜分析儀的操作

測試步驟：

①信號輸入：將被測信號連接到頻譜分析儀的輸入端。頻譜分析儀對射頻、微波和其他頻率范圍的信號特別敏感。

②設置頻率范圍：選擇分析頻譜的中心頻率和頻率范圍（Span）。根據需要設置特定的頻率范圍，以關注目標信號的頻譜。

③調節分辨率帶寬（RBW）和視頻帶寬（VBW）：調節分辨率帶寬（RBW）以改變頻譜的分辨率。較窄的RBW提供更高的頻譜分辨率，但會延長測量時間。視頻帶寬（VBW）用于平滑頻譜。

④掃描與分析：開始掃描頻譜，頻譜分析儀將實時顯示頻譜信號的頻率分布和功率水平。可以使用標記（Marker）功能找到特定頻率的信號強度，分析諧波、噪聲等。

優勢和不足：

優勢：

- 高精度與動態范圍：頻譜分析儀設計專門用于頻譜分析，因此提供了非常高的動態范圍（通常在100 dB以上）和精確的頻譜測量能力。

- 寬頻率范圍：頻譜分析儀可分析非常寬的頻率范圍，特別適用于射頻、微波等高頻領域的信號測量。

- 更豐富的測量功能：頻譜分析儀提供了更多專業功能，如調制分析、諧波測量、噪聲分析等，適合復雜頻譜的精確分析。

不足：

- 無法顯示時域信號：頻譜分析儀無法直接顯示時域信號，分析信號的時域特性需要與示波器配合使用。

- 設備成本高、操作復雜：頻譜分析儀比示波器更昂貴，且操作復雜度更高，尤其在高精度測量時需要更多的參數調整。

三、實際應用場景選擇

1、示波器的FFT功能適用于那些對時域信號的觀察同樣重要的場景，如調試電路中的頻譜和時域信號特性、快速查看信號中的頻率成分等。

2、頻譜分析儀則更適合用于高頻率、寬動態范圍的精確頻譜分析，如射頻設備的調試、EMC測試、無線通信信號分析等，特別是當需要高精度和廣泛頻率覆蓋時。

審核編輯 黃宇