اسپکتروم آنالایزر همانطور که نامش نشان می دهد: سیگنال های موجود در طیف انتخابی را تشخیص می دهد. عملکرد اصلی این است که سیگنال ها را در یک نمایش گرافیکی به صورت دامنه یا سطح قدرت در محور y و در برابر فرکانس در محور x نشان دهد. دامنه سیگنال های شناسایی شده در حوزه فرکانس نشان داده می شود. اسپکتروم آنالایزر RF فرکانس های رادیویی و مایکروویو را پوشش می دهد. حداکثر محدوده فرکانس با پیش انتخاب در حال حاضر از 2 هرتز تا 85 گیگاهرتز می باشد. فرکانس های بالاتر با میکسرهای خارجی امکان پذیر است. معمولاً مقیاس خطی برای فرکانس در محور x و مقیاس لگاریتمی یا دسی بل (همچنین لگاریتمی) ، برای دامنه در محور y استفاده می شود ، به طوری که سیگنال هایی با دامنه بسیار متفاوت در همان زمان قابل مشاهده است. اسپکتروم آنالایزرها به طور گسترده ای در آزمایش RF استفاده می شوند تا نه تنها خواص سیگنال های تحت تعقیب، مانند اینکه آیا یک سیگنال پهنای باند تعیین شده را اشغال کرده است، بلکه همچنین برای جستجوی سیگنال های ناخواسته را نشان دهند.

برای آزمایش RF، یک اسپکتروم آنالایزر خالص برای تشخیص سطح سیگنال های خواسته و ناخواسته با نمایش اجزای طیفی در محدوده فرکانس به ندرت وجود دارد. ماهیت بسیاری از سیگنال های پالس مدرن، به علاوه ضرورت تشخیص و بررسی سیگنال های گذرا، بدین معناست که اسپکتروم آنالایزر کلاسیک با استفاده از اصل فوق هترودین همان گیرنده های رادیویی نمی تواند به طور موثری تمام سیگنال های متناوب موجود به صورت گذرا را تشخیص دهد یا فاز سیگنال را اندازه گیری کند. از آنجا که محدوده فرکانس مورد علاقه (بازه فرکانس) از توانایی اسپکتروم آنالایزر برای پردازش همزمان داده ها فراتر می رود، بازه فرکانس از کم به زیاد اسکن می شود. اگر یک سیگنال گذرا در حالی که فرکانس در حال جابجایی است وجود نداشته باشد، تشخیص داده نمی شود.

پردازش دیجیتالی با استفاده از تبدیل سریع فوریه (FTT) از حوزه زمان به حوزه فرکانس، قابلیت تشخیص و تجزیه و تحلیل سیگنال تجزیه کننده طیف فوق هترودین را بسیار افزایش داده است. FFT ضبط و تجزیه و تحلیل بسیار سریع تری از فرکانس را فراهم می کند: استفاده از FFT ها به صورت موازی باعث پهنای باند لحظه ای وسیع تری می شود به طوری که با فیلترهای مناسب، سیگنال های پالس و گذرا نیز تشخیص داده می شوند. بسیاری از تحلیلگرهای طیف همچنین حالت دهانه صفر را برای تجزیه و تحلیل فاز و دامنه سیگنال ارائه می دهند و سیگنال را در فرکانس انتخابی تغییر می دهند. جدا از نمایش ساده سیگنال های شناسایی شده روی صفحه، اندازه گیری نویز، افزایش ، فاز، پهنای باند سیگنال اشغال شده و قدرت کانال مجاور همگی امکان پذیر است. سیگنال دیجیتال را می توان برای پردازش پس از پردازش توسط ابزارهای نرم افزاری که تجزیه و تحلیل بیشتری ارائه می دهند ، صادر کرد.

یک سیگنال آنالایزر، به درستی یک سیگنال آنالایزر برداری (VSA) ، برای تغییر شکل و تجزیه و تحلیل سیگنال ها با تعدیل پیچیده و دیجیتالی استفاده می شود. VSA سیگنال ها را با فرکانس مرکزی ثابت، با استفاده از فیلترها برای تنظیم پهنای باند - یا بازه - نمایش طیف ، ضبط می کند. اسپکتروم آنالایزر طیف وسیع تری از فرکانس را جارو می کند. در مقایسه با اسپکتروم آنالایزر اختصاصی، VSA شامل اطلاعات فاز ، بعلاوه اندازه گیری های پیشرفته اضافی خواص سیگنال که با استفاده از تجزیه و تحلیل طیف قابل دستیابی نیست، و از پردازش دیجیتالی برای تغییر شکل سیگنال ها بر اساس اجزای مدولاسیون فاز (I) و درجه چهارم (Q) استفاده می کند. VSA ویژگی های سیگنال مانند نسبت سیگنال به نویز (یا نسبت حامل به نویز) ، اندازه بردار خطا (EVM) و قدرت دامنه کد را تجزیه و تحلیل می کند. تمام ویژگی های سیگنال های پالس یا گذرا را می توان اندازه گیری کرد، از جمله تمام سطح، فرکانس، فاز ، نویز، افزایش، پهنای باند سیگنال اشغال شده و مقادیر توان کانال مجاور.

سطح سر و صدا و پهنای باند برای ابزارهای اندازه گیری همیشه یک مبادله است. از آنجا که VSA بر فرکانس ثابتی متمرکز است، پهنای باند تجزیه و تحلیل باریک تری نیز کافی است تا یک VSA خوب طراحی شده دارای صدای کم و حساسیت عالی برای تشخیص سیگنال های سطح پایین باشد.

اکثر VSA ها همچنین شامل یک حالت تجزیه و تحلیل طیفی هستند که برای تشخیص سیگنال (ناخواسته) مناسب تر اند، دامنه سیگنال گرفته شده را افزایش می دهد، اما امکانات دودولاسیون را به AM ، FM یا /фM کاهش می دهد.

محدوده فرکانس مورد نیاز برای اسپکتروم آنالایزر به برنامه بستگی دارد، به این معنی که فرکانس های مورد نیاز برای سیگنال های خواسته شده و ناخواسته و هدف تشخیص سیگنال مورد بررسی قرار می گیرد. برای نظارت بر طیف، به عنوان مثال، محدوده فرکانس فقط باید شامل فرکانس های مورد نظر باشد. برای توسعه دستگاه و تحقیقات EMI، بسیاری از استانداردها نیاز به اندازه گیری انتشارات تقلبی در سومین هارمونیک فرکانس اساسی دارند. برای دستگاهی که در باند ISM 2.4 گیگاهرتز کار می کند، مانند دستگاه Wi-Fi یا Bluetooth® ، محدوده فرکانسی حداقل 7.2 گیگاهرتز مورد نیاز است. برای رعایت استانداردها، در برخی موارد انتشارات تقلبی به هارمونیک 5 مورد نیاز است. برای دستگاه 2.4 گیگاهرتز محدوده فرکانسی 12 گیگاهرتز مورد نیاز است. برای دستگاه های 5G که در باند n258 از 24.25 تا 27.50 گیگاهرتز کار می کنند، ایپکتروم آنالایزرهای بسیار کمی با حداکثر فرکانس لازم 82.5 گیگاهرتز موجود است. بسیاری از استانداردهای سازمان هایی مانند ETSI ، ANSI یا 3GPP محدودیت هایی را برای انتشار خارج از محدوده ، بسیار نزدیک به فرکانس اساسی تعیین می کنند. در هر صورت، استانداردهایی را که برای آزمایش روی دستگاه اعمال می شود، بررسی کنید و به عنوان یک قاعده کلی، حداکثر فرکانسی را که بیش از 20٪ از حداکثر پیش بینی شده است هدف بگیرید.

به طور کلی، محدوده دینامیکی حداکثر و حداقل مقادیری را که یک ابزار می تواند اندازه گیری کند، توصیف می کند. برای یک اسپکتروم آنالایزر که برای تشخیص همزمان چندین سیگنال طراحی شده است، تعریف توانایی آنالیز کننده در تشخیص یک سیگنال ضعیف در حضور سیگنال قوی است. محدوده دینامیکی اسپکتروم آنالایزر به عنوان نسبت سیگنال بزرگتر به سیگنال کوچکتر در dB تعریف می شود که در آن اسپکتروم آنالایزر می تواند کوچکتر را با دقت بیشتر در حضور بزرگتر اندازه گیری کند.

یک استفاده معمول از اسپکتروم آنالایزر، جستجوی انتشارات جعلی در حضور سیگنال مورد نظر است، توانایی آنالایزر در تشخیص یک سیگنال ضعیف در حضور یک سیگنال قوی یک معیار اساسی عملکرد است. محدوده حداکثر سطح سیگنال، سطح نویز ، نویز فاز و پاسخ جعلی دستگاه همه در تعیین محدوده دینامیکی نقش مهمی ایفا می کنند.

محدوده دینامیکی برای سیگنال ضعیف تر توسط نویز ذاتی آنالایزر و برای سیگنال قوی تر با خطوط غیر خطی محدود می شود.

نویز ذاتی با متوسط سطح نویز (DANL) نمایش داده شده در dBm مشخص شده و به پهنای باند با وضوح 1 هرتز عادی می شود. پیش تقویت کننده DANL را کاهش می دهد، که به تشخیص سیگنال های ضعیف کمک می کند اما در واقع دامنه کلی داینامیک را کاهش می دهد.

غیر خطی ها توسط نقطه فشرده سازی 1 دسی بل ، اعوجاج هارمونیک دوم و TOI (رهگیری مرتبه سوم) نشان داده می شوند.

نویز فاز شکل موج به معنی نوسانات کوتاه، سریع و فرکانسی است که در صفحه اسپکتروم آنالایزر به عنوان تار شدن یا تشخیص شکل موج روی صفحه دیده می شود. نویز فاز قدرت سیگنال را به فرکانس های مجاور منتقل می کند، در نتیجه نوارهای جانبی نویز، قدرت سیگنال قابل استفاده ضعیف شده و کیفیت سیگنال کاهش می یابد. یک سیگنال ضعیف می تواند در نویز فاز یک سیگنال مجاور قوی ناپدید شود.

نویز فاز در حوزه فرکانس مربوط به jitter در حوزه زمان است. نوسان در فرکانس نیز انحراف لبه سیگنال در زمان است.

علت نویز فاز (و jitter) بی نظمی در عملکرد نوسان ساز است که شکل موج را اندازه گیری می کند.

یک نوسان ساز ایده آل یک موج سینوسی خالص ایجاد می کند. تمام قدرت سیگنال در یک فرکانس واحد است. با این حال، همه نوسان سازهای واقعی دارای ناپایداری هایی هستند که باعث ایجاد اجزای سر و صدا با فاز تعدیل شده می شود. اجزای نویز فاز قدرت سیگنال را به فرکانس های مجاور منتقل می کنند. سر و صدای فاز اسیلاتور اغلب شامل نویز سوسو با فرکانس پایین است و ممکن است شامل نویز سفید باشد. نویز فاز پایداری یک نوسانگر در حوزه فرکانس را توصیف می کند، در حالی که jitter ثبات را در حوزه زمان توصیف می کند.

نویز فاز را می توان با استفاده از اسپکتروم آنالایزر اندازه گیری کرد، مادامی که نویز فاز دستگاه مورد آزمایش در مقایسه با سر و صدای فاز اسیلاتور محلی در نوسان ساز موضعی اسپکتروم آنالایزر زیاد باشد.

نویز فاز ذاتی اسپکتروم آنالایزر توانایی انجام اندازه گیری نویز فاز و تاثیر اندازه گیری اندازه بردار خطا (EVM) بر روی سیگنال های مدوله شده دیجیتالی، به ویژه سیگنال های باریک باند را محدود می کند.

برخی از اسپکتروم آنالایزرها نوسان سازهای اختیاری با هزینه بیشتر را برای افزایش حساسیت اندازه گیری نویز فاز ارائه می دهند.

هیچ پاسخ "صحیحی" برای این سوال وجود ندارد، بهترین اسپکتروم آنالایزر به شرایط فردی بستگی دارد. تصمیم گیرنده های کلیدی فرکانس اندازه گیری سیگنال ها، ویژگی های سیگنال هایی که باید اندازه گیری شوند، دقیقاً کدام اندازه گیری ها مورد نیاز است ، سیگنال ها در کجا باید اندازه گیری شوند و بودجه موجود. محدوده فرکانس آنالیز کننده طیف حداقل و حداکثر فرکانس قابل اندازه گیری را تعیین می کند. سرعت اندازه گیری مورد نیاز ، پهنای باند تجزیه و تحلیل ، نویز فاز ، محدوده دینامیکی و حساسیت همه به سیگنال های اندازه گیری و دقت مورد نیاز بستگی دارد. قابلیت تجزیه و تحلیل باید با الزامات فردی مطابقت داشته باشد. معیارهای اضافی شامل مواردی مانند قابلیت حمل و وزن ، مفاهیم گزینه برای افزودن عملکرد بیشتر پس از خرید اصلی ، پشتیبانی از خدمات و کالیبراسیون و مناسب بودن برای زیرساخت آزمایش موجود است. آیا آنالیزور جدید می تواند به عنوان یک جایگزین افزونه برای تجهیزات قبلی عمل کند؟