无线电工程运用不只要对射频信号的谐波进行丈量，有时还要确认音频信号的总谐波失真(THD)。射频信号或许是已调信号或接连波信号。这些信号能够由有漂移的压控振荡器(VCO)或安稳的锁相振荡器或合成器发生。现代频谱剖析仪能运用本文中所述办法来进行这些丈量。本文还将评论怎么判定在剖析设备或被测器材(DUT)中是否发生谐波、对不同类型信号的最佳丈量办法以及对数均匀、电压单位和均方根值(ms)核算的运用。
咱们这儿所处理的一切信号均假定为周期信号，亦即它们的电压随时刻的改变特性是重复的。傅里叶变换剖析能够将任何重复信号标明为若干正弦波之和。按必定意图发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。能够运用频谱剖析仪来丈量基频信号及其谐波信号的起伏。
谐波常常是人们不期望存在的。在无线电发射机中，它们或许搅扰射频频谱的其它用户。例如，在外差接收机的本振(LO)中，谐波或许发生寄生信号。因而，一般应对它们进行监控并将其减小到最低极限。
运用频谱剖析仪对信号进行丈量时，剖析仪的电路也会引进其本身的某种失真。为了进行准确丈量，用户需求了解所测得的失真究竟是所调查的信号的一部分仍是由于引人剖析仪所引起的。
剖析仪所发生的失真起因于某些弱小非线性特性(由于它没有抱负线性特性)。因而，能够用标明输出电压(O)与输入电压(I)之间的联系的泰勒(Taylor)级数来标明频谱剖析仪的信号处理特性：
V0=K1Vi+K2Vi2+K3V3i…………(1)
式中
V0=输出电压
Vi=输入电压
K1、K2和K3均为常数
运用上面的联系式，能够直接证明：输入电压加倍将引起Vi2项添加4倍(6dB)，因而引起对正弦波的二次谐波呼应添加4倍。相似类推，三阶谐波失真随输入电平按三次方规则添加。有两种办法即依托技术指标或试验能判定剖析仪是否对测出的失真有影响。
为了根据剖析仪的谐波失真技术指标来判别其影响，运用对失真量级的了解，将相关于剖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挑选的输入电平给出的dBC。图1示出这个进程的图解实例。从图中能够看出，对频谱剖析仪只规则了二阶失真和三阶失真。而更高阶次的失真一般可忽略不计。
图1 频谱剖析仪的失真极限能够别离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
请留意，所重视的参数即三阶谐波失真不同于已规则的参数三阶互调失真(IMD3)。
在未被预选的频段内，三阶谐波失真应比弱小非线性的互调(IM)重量低9.5dB。这个联系能够由将对Vi的Acos(xt)+Bcos(yt)代人上面说到的(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改变，则将使IM与所调查的剖析仪发生的谐波电平之间的联系有相同数量的改变。若三次谐波处在预选的频段内，则它将比规则的IM重量低得多，由于预选滤波器使基频信号不受前端非线性的影响。
从试验上判别剖析仪是否会引人失真愈加简单。只是增大输入衰减，调查失真电平是否发生改变即可。如发生了改变，则剖析仪对测得的失真有影响。
虽然剖析仪对测得的谐波的影响能够仅靠增大输入衰减来下降，但这会下降信噪比(SNR)，然后约束了剖析仪丈量低谐波电平的才能。不过，对挨近本底噪声的信号的丈量能够经过对数均匀办法来改进。
频谱剖析仪能够经过对丈量成果取均匀来下降丈量成果的改变。取均匀的一种办法是对剖析仪屏幕的若干条数据迹线进行均匀。另一种办法是视频滤波。在完结取均匀操作时，重要的是应知道取均匀地点的起伏刻度。当视频滤波或迹线均匀是对在对数刻度上显现的信号完结时，其成果是信号对数的均匀。另一种办法是，取均匀能够在线性(电压)刻度上完结。某些剖析仪能在功率(有效值电压)刻度上取均匀。根据快速傅里叶变换(FFT)的剖析仪一般只能在功率刻度上取均匀。
众所周知，关于上述三种刻度，测得的纯噪声电平是不相同的。其间，对数刻度的噪声被轻视了2.51dB。无疑，对数刻度最适于丈量低谐波电平，由于它能给出受本底噪声影响最小的信号电平。因而，应当运用对数刻度来丈量谐波电平，并根据需求减小视频带宽或添加取均匀数。
实际中并不存在上面所评论的抱负重复信号。与抱负状况的两大违背是漂移和调制。来自未确定压控振荡器(VCO)的漂移信号或许形成丈量困难。漂移或许是如此之大，致使为了丈量某个谐波而有必要对或许的整个频率规模扫描，并运用峰值检波器来丈量谐波电平。关于频率的这种高改变性，取均匀或许引起差错而不宜选用。此外，峰值检波特别适于检测噪声，所以，当用这种扫描——峰值检波办法进行丈量时，剖析仪的丈量规模会遭到危害。虽然如此，这类解决方案仍非常有用而被用于某些频谱剖析仪中，如安捷伦科技公司的8560E系列，该系列频谱剖析仪配备有该公司的85672A寄生呼应丈量运用程序。
已调信号也是一个丈量难题。当信号被调制时，其谱宽添加。因而，有必要运用满足宽的分辩带宽来对信号中的一切能量起呼应。运用宽的带宽将增大本底噪声，然后减小可运用的动态规模。选用频率调制(FM)、脉冲调制(PM)和一般数字调制格局的信号谱宽与谐波数成正比增大，因而，主张针对谐波数来增大分辩带宽。
已调信号简直总是锁相信号。因而，一种或许的解决方案是运用频率计数器细心丈量基频频率。然后，运用频谱剖析仪的零频率距离剖析功能在估计的谐波上寻觅一切谐波信号。零频率距离剖析(剖析仪不进行扫描的作业办法)是最佳剖析办法，由于它对一切扫描数据而不只是峰值起伏进行均匀。安捷伦科技公司的ESA系列频谱剖析仪(图2)选用了零频率距离的计数和均匀解决方案，并具有按份额改变的分辩带宽。虽然这种解决方案不及扫描峰值检波解决方案完善，但它能很快获得离散很小的成果，且适于用调制源进行作业。
图2 频谱剖析仪的内置“谐波”丈量示出含各个 谐波电平
（dBc）和核算出的总谐波失真（THD）成果的数据表
一切谐波的起伏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根据的。THD的界说为：
THD=100%×(nmaxn=2×E2n)0.5/Ef (2)
式中:
En=n次谐波电压
Ef=基频电压
nmax=被调查的最高谐波次数(在许多状况下，nmax限制到10。在另一些状况下，nmax是不超越20kHz的最高次谐波，即音频规模的上限)
上面评论了或许进行均匀的三种刻度即电压、对数或功率。应当留意THD丈量成果与这几种刻度之间的联系。数据最好是按对数刻度进行收集和均匀。THD的核算是按平方和的平方根(RSS)进行核算的，它与RMS或功率核算相关。可是，成果是由电压算出的，而百分比指的则是电压百分比。
总归，射频和音频谐波以及THD能够运用所述办法由频谱剖析仪进行丈量。在某些频谐剖析仪中，为了加速丈量速度，这些丈量的施行已完成了自动化。
