频谱分析仪测量谐波的方法
什么是频谱分析仪,频谱分析仪的工作原理是什么,频谱分析仪怎样使用?

什么是频谱分析仪,频谱分析仪的工作原理是什么,频谱分析仪怎样使用?什么是频谱分析仪?频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器,用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量,可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数,是一种多用途的电子测量仪器。
它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。
现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果,能分析1赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。
仪器内部若采用数字电路和微处理器,具有存储和运算功能;配置标准接口,就容易构成自动测试系统。
频谱分析仪的工作原理以及应用方面推广:频谱分析仪的组成及工作原理图1所示为扫频调谐超外差频谱分析仪组成框图。
输入信号经衰减器以限制信号幅度,经低通输入滤波器滤除不需的频率,然后经混频器与本振(LO)信号混频将输入信号转换到中频(IF)。
LO 的频率由扫频发生器控制。
随着LO频率的改变,混频器的输出信号(它包括两个原始信号,它们的和、差及谐波,)由分辨力带宽滤波器滤出本振比输入信号高的中频,并以对数标度放大或压缩。
然后用检波器对通过IF滤波器的信号进行整流,从而得到驱动显示垂直部分的直流电压。
随着扫频发生器扫过某一频率范围,屏幕上就会画出一条迹线。
该迹线示出了输入信号在所显示频率范围内的频率成分。
频谱仪各部分作用及显示信号分析输入衰减器:保证频谱仪在宽频范围内保持良好匹配特性,以减小失配误差;保护混频器及其它中频处理电路,防止部件损坏和产生过大的非线性失真。
混频器:完成信号的频谱搬移,将不同频率输入信号变换到相应中频。
在低频段(《3GHz)利用高混频和低通滤波器抑制镜像干扰;在高频段(》3GHz)利用带通跟踪滤波器抑制镜像干扰。
本振(LO):它是一个压控振荡器,其频率是受扫频发生器控制的。
其频率稳定度锁相于参考源。
扫频发生器:除了控制本振频率外,它也能控制水平偏转显示,锯齿波扫描使频谱仪屏幕上从左到右显示信号,然后重复这个扫描不断更新迹线。
谐波、杂波抑制测量方法

谐波、杂波抑制测量方法
谐波、杂波抑制是在信号处理和通信领域中非常重要的问题。
谐波是原始信号频率的整数倍,而杂波则是非整数倍频率的信号。
在实际应用中,谐波和杂波可能会干扰到我们所关心的信号,因此需要采取相应的测量方法来抑制它们。
一种常见的谐波、杂波抑制测量方法是使用滤波器。
滤波器可以通过选择性地通过或抑制特定频率范围内的信号来实现谐波、杂波的抑制。
常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
通过合理选择滤波器的类型和参数,可以有效地抑制谐波和杂波的干扰。
另一种常见的方法是使用数字信号处理技术。
数字信号处理技术可以通过数学算法和数字滤波器来实现对信号的处理和分析。
例如,可以使用傅里叶变换将信号从时域转换到频域,然后通过选择性地抑制特定频率分量来实现谐波、杂波的抑制。
除了滤波器和数字信号处理技术,还可以采用混频器、混频器和锁相放大器等方法来实现谐波、杂波的抑制。
这些方法可以根据具体的应用场景和要求来选择和组合,以实现对谐波、杂波的有效
抑制。
总之,谐波、杂波抑制是实际应用中需要解决的重要问题,针对不同的应用场景和要求,可以采用滤波器、数字信号处理技术、混频器等多种方法来实现对谐波、杂波的抑制。
在实际应用中,需要根据具体情况选择合适的方法,并进行有效的设计和实现,以确保信号的准确性和可靠性。
使用频谱分析测量谐波

使用频谱分析测量谐波用频谱分析测量谐波无线电工程应用不仅要对射频信号的谐波进行测量,有时还要确定音频信号的总谐波失真(THD)。
射频信号可能是已调信号或连续波信号。
这些信号可以由有漂移的压控振荡器(VCO)或稳定的锁相振荡器或合成器产生。
现代频谱分析仪能利用本文中所述方法来进行这些测量。
本文还将讨论如何断定在分析设备或被测器件(DUT)中是否产生谐波、对不同类型信号的最佳测量方法以及对数平均、电压单位和均方根值(ms)计算的利用。
我们这里所处理的所有信号均假定为周期信号,亦即它们的电压随时间的变化特性是重复的。
傅里叶变换分析可以将任何重复信号表示为若干正弦波之和。
按一定目的产生的频率最低的正弦波称为基频信号。
其它正弦波则称为谐波信号。
可以利用频谱分析仪来测量基频信号及其谐波信号的幅度。
谐波常常是人们不希望存在的。
在无线电发射机中,它们可能干扰射频频谱的其它用户。
例如,在外差接收机的本振(LO)中,谐波可能产生寄生信号。
因此,通常应对它们进行监控并将其减小到最低限度。
利用频谱分析仪对信号进行测量时,分析仪的电路也会引入其自身的某种失真。
为了进行精确测量,用户需要了解所测得的失真究竟是所考察的信号的一部分还是由于引人分析仪所引起的。
分析仪所产生的失真起因于某些微弱非线性特性(因为它没有理想线性特性)。
因此,可以用表明输出电压(O)与输入电压(I)之间的关系的泰勒(Taylor)级数来表示频谱分析仪的信号处理特性:V0=K1V i+K2V i2+K3V3i (1)式中V0=输出电压V i=输入电压K1、K2和K3均为常数利用上面的关系式,可以直接证明:输入电压加倍将引起V i2项增加4倍(6dB),因而引起对正弦波的二次谐波响应增加4倍。
类似类推,三阶谐波失真随输入电平按三次方规律增加。
有两种方法即依靠技术指标或实验能断定分析仪是否对测出的失真有影响。
为了依据分析仪的谐波失真技术指标来判断其影响,利用对失真量级的了解,将相对于分析仪输入混频器上的特定信号以伽给出的那些技术指标变换成针对选择的输入电平给出的dBC。
一文教你读懂谐波测量方法

一文教你读懂谐波测量方法来源:仪商网在很多人认识里,只有使用同步采样才能进行精确的谐波分析,其实采用非同步采样同样能进行谐波分析,而且在许多情况下甚至比同步采样法更优秀。
PA功率分析仪提供了常规谐波、谐波和IEC谐波三种谐波测量模式,支持同步和非同步的谐波分析,将两种分析方式互补使用可提高谐波的分析能力。
下面通过其计算方法的简单,结合实例讨论三种谐波模式的使用。
谐波测量基本原理目前最常用的谐波分析方法是使用傅里叶变换,将时域的离散信号进行傅里叶级数展开,得到离散的频谱,从离散的频谱中挑选出各次谐波对应的谱线,计算得出谐波各项参数。
在实际实现时,由于离散傅里叶变换存在“栅栏效应”,采样频率不为基波的整数倍时,部分谐波可能不在离散傅里叶变换后的离散频率点上,需要使用特殊的手段将栅栏空隙对准我们关心的谐波频率点。
其中同步采样法和频率重心法使用最为广泛。
同步采样法顾名思义,就是使采样频率与基波频率同步改变。
该方法从源头上保证数据的采样频率为基波频率的整数倍,如IEC 61000-4-7标准就规定50Hz使用10倍基波采样率,采样数据经离散傅里叶变换即可得到各次谐波分量。
同步采样常用硬件PLL实现,需要实时调整采样频率,频率的锁定需要时间,受限于滤波器及相关器件,很难做到很宽的频域,也很难保证频谱特别丰富时的准确性。
频率重心法使用足够高的采样频率(一般大于4倍基波频率)即可满足直接对信号进行采样,将信号的频谱间隔拉开,并且使用更多周期的数据点做离散傅里叶变换,降低频谱泄露的影响。
最后根据窗函数的功率谱分布特性,通过频谱的谱峰和次谱峰,找到真正的谱峰频点——即离散频谱的谱峰和次谱峰的重心。
通过频率重心法消除了栅栏效应的影响,对各次谐波使用重心法,还得到一个偏离系数,使用该系数配合窗函数功率谱,可求解得到对应频点的相位和幅值等信息。
至此,非同步采样法同样得到了各次谐波。
受限于窗函数的频谱特性,该法需要用足够高采样率来保证各频率成分的频谱互相影响足够小;而且截断造成的泄漏也不能太大,否则产生的假频率叠加到真实频谱里,导致结果误差更大。
频谱分析仪使用说明

,按他对应屏幕右侧的键盘此时屏幕会进入校准画面,如图就可以自动校准了。
按进入更多进入更多按进入更多进入更多进入更多进入更多平滑和直观,可以进行设置。
通过简单的步骤就能实现。
其中第三项就是检波方式,这是按右边的数字键进入另一个对话框,如下图其中第五项Average会对这些波形以平均值的方式表现处理,按就选择了这个方式,这时就可以得到一个干净的波形图因为我们是以频谱仪内置的信号源做为参考,所以我们知道我,中心频率就选择20M,我们先按+ + ,我们就把频率选在+ + +了,如下图到自动扫频的功能。
按会出现上图,其中第七项有一个按就会进行自动扫频了,得到下图,当我们得到想要的波形时,我们需要查看频谱的最大值,就可以把当前波形上的功率最大点找出来,找出来后也可以用旋钮2,我们也可以按这时如图第一项为选择标识点,按一次通过第二项按来打开或关闭选择的标识点,如下图个标识点,可以通过旋钮来选择自己需要的点。
按Clear All,把所有marker消除.再按按,第四项是来打开两个标识点的功率和频率的差值。
在上图位置按找到两个需要的标识点,此时在屏幕上就会显示这两个点的频率差和功率差。
如下图测试谐波按功能键,按打开谐波测试功能。
按选择测试谐波数量,通过旋钮来改变。
这次就打开次谐波。
按,这样就能看到里面的菜单,这里可以进行模板的设置。
此时按进入设置画面,里面有些参数说明一下,显示只个频率段,但是实际写完这返回上一个画面后,选择。
然后按打开Show在图中橙色线就是刚才设定的频谱发射模板,红色线显示峰值键,把Ref Power改为CHN,那麽红色线显示的就是通道功率Channel Power了.因为我们输把频率选到20MHz按进入设置,和模板设置相似,设置好后按,按然后按按退回频谱画面.请注意,这时频谱画面是停止扫描的,要按右上角的,按再按口就是刚才设定的邻信道范围.,按, .输入20MHzCAL OUT 信号.把中心频率设定为20MHz,Span为。
安捷伦 E4402B频谱分析仪使用操作说明书

频谱分析仪使用方法简介1简介频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器,用于信号失真度、调制度、频谱度、频谱稳定度和交调失真等信号参数的测量,可用于测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数,分析信号频率分量(频率和功率),是一种多用途的电子测量仪器。
频谱分析仪是对无线电信号测量的必备手段,是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具。
因此被称为工程师的射频万用表2.面板2.1 操作区1.观察角度键,用于调节显示,以适于使用者的观察角度。
2.Esc键,可以取消输入,终止打印。
3.无标识键,实现左边屏幕上紧挨的右边栏菜单的功能。
4.Frequency Channel(频率通道)、Span X Scale(扫宽X刻度)和AmplitudeY scale(幅度Y刻度)三个键,可以激活主要的调节功能(频率、X轴、Y 轴)并在右边栏显示相应的菜单。
5.Control(控制)功能区。
6.Measure(测量)功能区。
7.System(系统)功能区。
8.Marker(标记)功能区。
9.软驱和耳机插孔。
10.步进键和旋钮,用于改变所选中有效功能的数值。
11.音量调节。
12.外接键盘插口。
13.探头电源,为高阻抗交流探头或其它附件提供电源。
14.Return键,用于返回先前选择过的一级菜单。
15.Amptd Ref Out,可提供-20dBm的50MHz幅度参考信号。
16.Tab(制表)键,用于在界限编辑器和修正编辑器中四处移动,也用于在有File菜单键所访问对话框的域中移动。
17.信号输入口(50Ω)。
在使用中,接50ΩBNC(卡口配合性连接器)电缆,探头上必须串联一隔直电容(30PF左右,陶瓷封装)。
18.Next Window键,可用来选择在支持分屏显示方式功能中(如区域标记)的有效窗口,在这样的方式下,按下Zoom键将允许在有效窗口的分屏显示与全屏显示间进行转换。
19.Help键,按下后屏幕会提示按面板或菜单上的键,按后会显示相应说明。
谐波如何测试?

谐波如何测试?1.谐波测试两种主要方式有源RF和FEM的第二个关键属性是谐波行为。
谐波行为由非线性器件引起,会导致在比发射频率高数倍的频率下产生输出功率。
由于许多无线标准对带外辐射进行了严格的规定,所以工程师会通过测量谐波来评估RF或FEM是否违反了这些辐射要求。
测量谐波功率的具体方法通常取决于RF的预期用途。
对于通用RF等器件备来说,谐波测量需要使用连续波信号来激励DUT,并测量所生成的不同频率的谐波的功率。
相反,在测试无线手机或基站RF时,谐波测量一般需要调制激励信号。
另外,测量谐波功率通常需要特别注意信号的带宽特性。
1)使用连续波激励测量谐波使用连续波激励测量谐波需要使用信号发生器和信号分析仪。
对于激励信号,需要使用信号发生器生成具有所需输出功率和频率的连续波。
信号发生器生成激励信号后,信号分析仪在数倍于输入频率的频率下测量输出功率。
常见的谐波测量有三次谐波和五次谐波,分别在3倍和5倍的激励频率下进行测量。
RF信号分析仪提供了多种测量方法来测量谐波的输出功率。
一个直截了当的方法是将分析仪调至谐波的预期频率,并进行峰值搜索以找到谐波。
例如,如果要测量生成1GHz信号时的PA三次谐波,则三次谐波的频率就是3GHz。
测量谐波功率的另一种方法是使用信号分析仪的零展频(zero span)模式在时域中进行测量。
配置为零展频模式的信号分析仪可以有效地进行一系列功率带内测量,并将结果以时间的函数形式表现出来。
在此模式下,可以在时域上测量选通窗口中不同频率的功率,并使用信号分析仪内置的取平均功能进行计算。
2)使用调制激励的谐波实际上,许多PA被用来放大调制信号,而且这些PA的谐波性能需要调制激励。
与使用连续波类似,通常在接近设备饱和点的功率电平下,将已知功率激励信号发送到PA的输入端。
测量谐波输出功率时,工程师通常会根据测量时间和所需的准确度等不同限制条件而采用图通方法。
实际上,3GPP LTE和IEEE 802.11ac等无线标准并没有对谐波的要求进行具体的规定,而是规定了在一定频率范围内最大杂散辐射要求。
频谱分析仪的操作规范

频谱分析仪的操作规范最常用的频谱分析仪是扫瞄调谐频谱分析仪,其基本结构类似超外差式接收器,工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混波器,可调变的本地振荡器经与CRT同步的扫瞄产生器产生随时间作线性变化的振荡频率,经混波器与输入信号混波降频后的中频信号(IF)再放大、滤波与检波传送到CRT的垂直方向板,因此在CRT的纵轴显示信号振幅与频率的对应关系,信号流程架构如图1.3所示。
影响信号反应的重要部份为滤波器频宽,滤波器之特性为高斯滤波器(Gaussian-ShapedFilter),影响的功能就是量测时常见到的解析频宽(RBW,ResolutionBandwidth)。
RBW代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的最低频宽差异,两个不同频率的信号频宽如低于频谱分析仪的RBW,此时该两信号将重迭,难以分辨,较低的RBW固然有助于不同频率信号的分辨与量测,低的RBW将滤除较高频率的信号成份,导致信号显示时产生失真,失真值与设定的RBW密切相关,较高的RBW固然有助于宽带带信号的侦测,将增加噪声底层值(NoiseFloor),降低量测灵敏度,对于侦测低强度的信号易产生阻碍,因此适当的RBW宽度是正确使用频谱分析仪重要的概念。
图1.2:频谱分析仪的外观另外的视频频宽(VBW,VideoBandwidth)代表单一信号显示在屏幕所需的最低频宽。
如前所说明,量测信号时,视频频宽过与不及均非适宜,都将造成量测的困扰,如何调整必须加以了解。
通常RBW的频宽大于等于VBW,调整RBW而信号振幅并无产生明显的变化,此时之RBW 频宽即可加以采用。
量测RF视频载波时,信号经设备内部的混波器降频后再加以放大、滤波(RBW决定)及检波显示等流程,若扫描太快,RBW滤波器将无法完全充电到信号的振幅峰值,因此必须维持足够的扫描时间,而RBW的宽度与扫描时间呈互动关系,RBW较大,扫描时间也较快,反之亦然,RBW适当宽度的选择因而显现其重要性。
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频谱分析仪测量谐波的方法
嘉兆科技
无线电工程应用不仅要对射频信号的谐波进行测量,有时还要确定音频信号的总谐波失真(THD)。
射频信号可能是已调信号或连续波信号。
这些信号可以由有漂移的压控振荡器(VCO)或稳定的锁相振荡器或合成器产生。
现代频谱分析仪能利用本文中所述方法来进行这些测量。
本文还将讨论如何断定在分析设备或被测器件(DUT)中是否产生谐波、对不同类型信号的最佳测量方法以及对数平均、电压单位和均方根值(ms)计算的利用。
我们这里所处理的所有信号均假定为周期信号,亦即它们的电压随时间的变化特性是重复的。
傅里叶变换分析可以将任何重复信号表示为若干正弦波之和。
按一定目的产生的频率最低的正弦波称为基频信号。
其它正弦波则称为谐波信号。
可以利用频谱分析仪来测量基频信号及其谐波信号的幅度。
谐波常常是人们不希望存在的。
在无线电发射机中,它们可能干扰射频频谱的其它用户。
例如,在外差接收机的本振(LO)中,谐波可能产生寄生信号。
因此,通常应对它们进行监控并将其减小到最低限度。
利用频谱分析仪对信号进行测量时,分析仪的电路也会引入其自身的某种失真。
为了进行精确测量,用户需要了解所测得的失真究竟是所考察的信号的一部分还是由于引人分析仪所引起的。
分析仪所产生的失真起因于某些微弱非线性特性(因为它没有理想线性特性)。
因此,可以用表明输出电压(O)与输入电压(I)之间的关系的泰勒(Taylor)级数来表示频谱分析仪的信号处理特性:
V0=K1V i+K2V i2+K3V3i (1)
式中
V0=输出电压
V i=输入电压
K1、K2和K3均为常数
利用上面的关系式,可以直接证明:输入电压加倍将引起V i2项增加4倍(6dB),因而引起对正弦波的二次谐波响应增加4倍。
类似类推,三阶谐波失真随输入电平按三次方规律增加。
有两种方法即依靠技术指标或实验能断定分析仪是否对测出的失真有影响。
为了依据分析仪的谐波失真技术指标来判断其影响,利用对失真量级的了解,将相对于分析仪输入混频器上的特定信号以伽给出的那些技术指标变换成针对选择的输入电平给出的dBC。
图1示出这个过程的图解实例。
从图中可以看出,对频谱分析仪只规定了二阶失真和三阶失真。
而更高阶次的失真通常可忽略不计。
图1 频谱分析仪的失真极限可以分别针对二次和三次谐波电平绘出
与技术指标有关的数据点1:1和2:1钭率进行予测
请注意,所关注的参数即三阶谐波失真不同于已规定的参数三阶互调失真(IMD3)。
在未被预选的频段内,三阶谐波失真应比微弱非线性的互调(IM)分量低9.5dB。
这个关系可以由将对V i的Acos(xt)+Bcos(yt)代人上面提到的(4)式,并将IM项如cos[(x-2y)t]与谐波项如cos(3xt)相比较来导出。
若前端增益在基频与三次谐波信号之间变化,则将使IM与所观察的分析仪产生的谐波电平之间的关系有相同数量的变化。
若三次谐波处在预选的频段内,则它将比规定的IM分量低得多,因为预选滤波器使基频信号不受前端非线性的影响。
从实验上判断分析仪是否会引人失真更加容易。
仅仅增大输入衰减,观察失真电平是否发生变化即可。
如发生了变化,则分析仪对测得的失真有影响。
尽管分析仪对测得的谐波的影响可以仅靠增大输入衰减来降低,但这会降低信噪比(SNR),从而限制了分析仪测量低谐波电平的能力。
不过,对接近本底噪声的信号的测量可以通过对数平均方法来改善。
频谱分析仪可以通过对测量结果取平均来降低测量结果的变化。
取平均的一种形式是对分析仪屏幕的若干条数据迹线进行平均。
另一种形式是视频滤波。
在完成取平均操作时,重要的是应知道取平均所在的幅度刻度。
当视频滤波或迹线平均是对在对数刻度上显示的信号完成时,其结果是信号对数的平均。
另一种方法是,取平均可以在线性(电压)刻度上完成。
某些分析仪能在功率(有效值电压)刻度上取平均。
基于快速傅里叶变换(FFT)的分析仪通常只能在功率刻度上取平均。
众所周知,对于上述三种刻度,测得的纯噪声电平是不相同的。
其中,对数刻度的噪声被低估了2.51dB。
无疑,对数刻度最适于测量低谐波电平,因为它能给出受本底噪声影响最小的信号电平。
因此,应当使用对数刻度来测量谐波电平,并根据需要减小视频带宽或增加取平均数。
现实中并不存在上面所讨论的理想重复信号。
与理想情况的两大偏离是漂移和调制。
来自未锁定压控振荡器(VCO)的漂移信号可能造成测量困难。
漂移可能是如此之大,以致为了测量某个谐波而必须对可能的整个频率范围扫描,并利用峰值检波器来测量谐波电平。
对于频率的这种高变化性,取平均可能引起误差而不宜采用。
此外,峰值检波特别适于检测噪声,所以,当用这种扫描——峰值检波方法进行测量时,分析仪的测量范围会受到损害。
尽管如此,这类解决方案仍十分有用而被用于某些频谱分析仪中,如安捷伦科技公司的8560E系列,该系列频谱分析仪配备有该公司的85672A寄生响应测量应用程序。
已调信号也是一个测量难题。
当信号被调制时,其谱宽增加。
因此,必须使用足够宽的分辨带宽来对信号中的所有能量起响应。
使用宽的带宽将增大本底噪声,从而减小可利用的动态范围。
采用频率调制(FM)、脉冲调制(PM)和普通数字调制格式的信号谱宽与谐波数成正比增大,因此,建议针对谐波数来增大分辨带宽。
已调信号几乎总是锁相信号。
因此,一种可能的解决方案是利用频率计数器仔细测量基频频率。
然后,利用频谱分析仪的零频率间隔分析功能在预计的谐波上寻找所有谐波信号。
零频率间隔分析(分析仪不进行扫描的工作方式)是最佳分析方式,因为它对所有扫描数据而不仅是峰值幅度进行平均。
安捷伦科技公司的ESA系列频谱分析仪(图2)采用了零频率间隔的计数和平均解决方案,并具有按比例变化的分辨带宽。
尽管这种解决方案不及扫描峰值检波解决方案完善,但它能很快取得离散很小的结果,且适于用调制源进行工作。
图2 频谱分析仪的内置“谐波”测量示出含各个谐波电平
(dBc)和计算出的总谐波失真(THD)结果的数据表
所有谐波的幅度之和是音频产品中常用的一个品质因数。
它也称为总谐波失真(THD)。
总谐波失真是以功率相加而不是以电压相加为依据的。
THD的定义为:
THD=100%×(n max n=2×E2n)0.5/E f(2)
式中:
E n=n次谐波电压
E f=基频电压
n max=被考察的最高谐波次数(在许多情况下,n max限定到10。
在另一些情况下,n max是不超过20kHz的最高次谐波,即音频范围的上限)
上面讨论了可能进行平均的三种刻度即电压、对数或功率。
应当注意THD测量结果与这几种刻度之间的关系。
数据最好是按对数刻度进行采集和平均。
THD的计算是按平方和的平方根(RSS)进行计算的,它与RMS或功率计算相关。
但是,结果是由电压算出的,而百分比指的则是电压百分比。
总之,射频和音频谐波以及THD可以利用所述方法由频谱分析仪进行测量。
在某些频谐分析仪中,为了加快测量速度,这些测量的实施已实现了自动化。