频谱分析仪是用来测量射频信号幅度与频率关系的测量仪器，通常用于频域测量。通常用于时域测量的仪器是示波器。频谱分析仪可用于测量频率、功率幅度、谐波、带宽和其他与射频信号相关的参数。
我在ARRL实验室经常进行的一个重要测试项目是测试发射机或功放的带外辐射指数。在该指示器的测试过程中，将测量发射信号的所有谐波和杂散相对于基波(载波)信号的电平和幅度差。通常我们使用实测的Agilent/HP 8563E频谱分析仪进行测试。这台频谱分析仪的频率覆盖范围是9千赫~ 26.5千兆赫。HP 8563E是一款非常精准，实验室级别的专业仪器，但是它的价格会让大多数火腿和电子爱好者望而生畏。即使是像HP 8563E这样的二手实验室级频谱分析仪，通常也要上万元，爱好者通常买不起这个价格区间的仪器。
图2在实验室中，我们用1~2个大功率衰减器和1个步进衰减器将被测发射机的信号功率衰减到测试仪器可接受的安全功率水平(通常调整到1mW左右)。图中，DSA815-TG用于测试2m手动平台发射的基波和谐波信号。
结论：RIGOL的DSA815-TG是一款有经验的电子爱好者和现场服务工程师都买得起的便携式频谱分析仪，也可以用于无线电爱好者的各种无线电活动中。
RIGOL(北京普源精电科技有限公司)是近年来在测试测量领域崭露头角的中国公司，产品已广泛销往世界各地。RIGOL最近推出了一款型号为DSA815的频谱分析仪，涵盖了从9 kHz到1.5 GHz的频率范围，其在美国的定价为1295美元起。这种频谱分析仪已经在《QST》杂志上做过广告，并在几个火腿节上展示过。许多ARRL成员向我们询问这台仪器，他们认为这台频谱分析仪“非常好”。作为一名测试工程师，我也很好奇这是真是假，所以我们的产品评测编辑以1495美元(不含税)的价格订购了一台带有工厂安装跟踪源的DSA815-TG。
概述RIGOL的DSA815是一款非常小巧的仪器，手柄位于主机顶部，重约9.4磅(约4.25千克)，既适合实验室使用，也适合便携式移动使用。仪器的8英寸彩色液晶显示屏占据了前面板的主要区域，分辨率为800480像素。这台频谱分析仪的大部分控制按钮与其他价格更高的同类仪器相似，因此任何熟悉频谱分析仪使用的用户都会很容易理解基本功能的使用。
没有大多数老式专业频谱分析仪常用的GPIB接口，利用DSA815上的USB主从接口和控制面板上的专用打印按钮，可以非常容易地获得屏幕上显示的频谱曲线和相关仪器的设置数据。(GPIB ——通用接口总线，也称为IEEE488总线。RIGOL提供USB转GPIB转换器选项。)我很喜欢它的可翻转的前支撑脚设计，支撑后让桌子上的仪器操作更符合人体工程学。仪器侧面有通风孔，选用的风扇也很安静。
前面板上有两个50特性阻抗的N型连接器，分别用于射频输入和跟踪源输出。除了交流电源插座，后面板上还有USB和LAN接口以及三个BNC连接器，分别用于10MHz参考信号的输入、输出和触发信号输入。从外观上看，整机的设计显得非常干练和现代。不知道内部功能和性能如何？
虽然我未能对整个仪器进行拆解分析(这会影响校准精度)，但根据RIGOL厂商的解释，“DSA815采用全数字中频技术(利用DSP技术进行数字信号处理)，使得频谱分析仪实现了更小的分辨率带宽设置，同时降低了平均噪声水平。”仪器的最小分辨率滤波器带宽为100Hz。采用全数字中频技术，可以大大降低硬件电路的复杂度，这也是整机结构非常紧凑的原因之一。仪器的频率覆盖范围为9 kHz ~ 1.5 GHz，适用于测试大多数业余无线电设备。RIGOL还提供其他系列的频谱分析仪(DSA1000A系列)，可以覆盖高达3GHz的频率范围，具有更高的灵敏度和更窄的分辨率带宽。
在ARRL实验室，我们的射频屏蔽室和相关测试仪器主要用于测试常见的业余无线电设备，不具备测试其他实验室仪器的条件。为了验证DSA815仪器的性能指标是否达到厂商宣称的指标水平，我将这台仪器送到了马萨诸塞州切姆斯福德的Essco计量实验室，该实验室为我们实验室的测试仪器提供年度计量服务。Essco检查了这台仪器的所有性能指标，并很快将测量结果贴上标签，送回ARRL实验室。表1列出了RIGOL DSA815-TG的关键性能指标，Essco也在测试后确认其测试结果符合“标称”指标。
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DSA815或任何其它频谱分析仪的用户需要非常注意仪器测试输入的功率电平输入。以RIGOL的产品(DSA815)为例。如果功率超过20dBm(100mW)的射频信号输入到仪器中，可能会有一些风险。如果仪器损坏，维护和重新校准的成本将非常高。因此，在测试过程中，通常在被测设备和频谱分析仪之间串联一个功率衰减器和一个步进衰减器。在实验室中，出于安全考虑，也为了避免过载带来额外的测量误差，通常控制输入信号的幅度不超过1mW，或者在测量前用衰减器将信号幅度衰减到这个大小。有关我们如何使用频谱分析仪对业余无线电设备进行各种测试的更多信息，请在网站上查看《ARRL实验室操作指南》的相关文档。频谱分析仪的相关用法在《ARRL手册》的“测试和测量”一章中也有详细介绍。
现场测试2012年10月，我们的DSA815-TG为在加州圣克拉拉举行的ARRL太平洋会议全国大会提供服务。在本次发布会上，我们搭建了由RIGOL的频谱分析仪、功率衰减器和步进衰减器组成的测试系统展台，以及一个Bird 43功率计(如图3所示)。使用这个系统，我测试了数百个V段和U段机头，每个机头的主人都非常渴望知道自己的电台是否符合FCC频谱纯度规范(FCC规范97.307e)的要求。在整个活动过程中，RIGOL的仪器不负众望，准确测试并如实记录了各个电台的实际性能水平，不像某些测试电台的实际性能达不到FCC的规范要求。另外，虽然展台顶部的日光灯很亮，但是每一个来我展台的人都可以很容易的读出这台光谱仪液晶屏上显示的内容。
在图3中，Bob Allison穿着一件白大褂，他的呼号是WB1GCM。在2012年11月的ARRL全国代表大会上，鲍勃协助参观者检查他们手机的频谱纯度。大多数广播电台都符合FCC标准，但也有一些例外。
在ARRL实验室测试后，我充分使用了DSA815-TG，并用它来测试一些收发器的常规性能。我还发现DSG815-TG的跟踪源非常实用，用它来扫描测试功放测试用的带通滤波器的性能非常简单易用。图4是带通滤波器的频率响应曲线。测试过程中，跟踪源的输出幅度为-20dBm，起始频率为0MHz，终止频率为30MHz。然后我用存储功能把带通滤波器的频响曲线转换成CSV(逗号分隔值)文件格式存储在u盘上。我用DPlot绘图软件用这个CSV文件画出了如图5所示的数据图。仔细观察发现我们的滤波器在4MHz的频率下有5dB的衰减，会给75m频段顶端附近的信号带来额外的衰减(幸好测试发现了)。因为我们最初的HP 8563E频谱分析仪没有跟踪源选项，所以我使用HP8563E频谱分析仪和IFR2040信号发生器构建一个测试系统，在几个选定的频率点测量同一个带通滤波器。测量结果与RIGOL公司的DSA815-TG获得的结果高度一致。对于基本的测量要求，似乎RIGOL的DSA815-TG已经能够完成任何更昂贵的频谱分析仪所能完成的大部分任务。更昂贵的高端频谱分析仪可以实现更大的测试频段覆盖，当频谱宽度在1MHz以下时，高端频谱分析仪可以提供更小的分辨率带宽。也就是说，在相同的扫描宽度设置下，可以提供更详细的光谱细节。表2是DSA815和HP 8563E在这方面的比较。
其他功能DSA815-TG前面板上有一个自动按钮。按下此按钮，仪器可以自动找到并显示未知输入信号的频率和振幅。我在测试手站的发射状态时经常使用这个功能(手站通过一个衰减器连接到光谱仪的输入端)，每次使用都很方便。通过AUTO功能，手站的载波信号会自动显示在屏幕中央，幅度范围会自动调整到合适的范围进行显示。我还试着在光谱仪的输入端接了一个V/U双段接地天线(GP天线)，然后按下AUTO键。很好，当地调频广播电台的信号会自动显示在DSA815的屏幕上，作为最强的信号。
大多数频谱分析仪都会有耳机接口，RIGOL的频谱分析仪也是。通过这个耳机接口，用户可以使用频谱分析仪的解调功能收听FM或AM模拟广播。经过一些调整，我可以让RIGOL的频谱分析仪播放当地一家调频电台的音乐，但遗憾的是，解调后的音量有点低。(译者注：这是一个已知的软件BUG，目前在售的仪器中已经通过软件升级解决了。)
我遇到的另一个问题是，当快速调整分辨率带宽、扫频和解调时间时，频谱分析仪的谱线显示不刷新。仪器通常会在我的设置调整后的几秒钟内恢复正常，但有一次，我被迫通过打开和关闭来重新启动仪器，以恢复正常使用。
可选附件DSA815-TG带有印刷快速指南和光盘，其中包含用户手册和编程手册的电子版本。你需要自己配备相应的射频线缆、衰减器等元器件，进行相关的测试工作。
RIGOL为DSA815频谱分析仪提供了一系列可选配件，包括USB到GPIB转换适配器、机架安装套件、便携式背包和功率衰减器。软件选项包括VSWR测试功能、EMI/准峰值检测器功能和高级测量软件包。高级测量可以执行多种测量功能，包括邻道功率、占用带宽、发射带宽、谐波失真和三阶互调失真。配件也有工具包，包括一系列线缆、射频连接器适配器和天线。
DSA815上还有一个我希望拥有的可选功能，就是通过内置电池供电，这个功能在其他厂商的便携式频谱分析仪和数字存储示波器上已经看到。如果你有这种内置的电池供电功能，它将使这个紧凑的仪器在野外测量中更加强大。
频谱分析仪对于任何想制作、调试或评估振荡器、放大器、滤波器、发射机和其它射频单元电路的业余爱好者来说都是一个非常有用的工具。大多数发烧友家里用得起的频谱分析仪都是很老很不专业的型号。这种频谱分析仪往往长时间不校准，如果出现故障，要么无法修复，要么非常难以修复。最近有发烧友把相对简单的硬件和电脑声卡、软件结合起来，做了一个相对便宜的射频频谱分析仪。但现在大家有了更好的选择，RIGOL的DSA815更进一步，利用数字信号处理技术，设计制造了低成本、高集成度、高精度的测试仪器。
总的来说，我对DSA815-TG的性能和易用性非常满意。强大而紧凑的DSA815频谱分析仪是任何测试平台都可以考虑的下一款仪器。
