從事電子行業的技術人員或工程師都需要依靠頻譜分析儀來驗證其所設計、製造及測試之儀器是否在預定頻率及位準上產生適當的訊號。各式測量皆可經由頻譜分析儀驗證，因分析儀將呈現該裝置所產生之訊號其頻率內容，但頻譜分析儀電路之性能在時間及溫度變動情況下會產生偏差，此偏差將影響分析儀測量之準確度，如分析儀之量測不準確，其所測試之裝置可能無法如預期表現。
從事電子行業的技術人員或工程師都需要依靠頻譜分析儀來驗證其所設計、製造及測試之儀器是否在預定頻率及位準上產生適當的訊號。各式測量皆可經由頻譜分析儀驗證，因分析儀將呈現該裝置所產生之訊號其頻率內容，但頻譜分析儀電路之性能在時間及溫度變動情況下會產生偏差，此偏差將影響分析儀測量之準確度，如分析儀之量測不準確，其所測試之裝置可能無法如預期表現。
既然使用頻譜分析儀來測試其他設備，則應對其測量具有信心，但此信心之建立在於經測試良好之裝置應確實精確運作，而經測試有問題之裝置則必無法符合規定，高信心指數在目前尤其重要，因在同一空間內已擠入更多訊號，使得些微偏差也會造成問題，這也是為何依製造商規定之使用周期來校正頻譜分析儀是很重要的及為何頻譜分析儀所有關鍵之功能參數都須經過測試以確定這些參數係於規範內運作之原因。
頻譜分析儀經常被認為是個複雜的裝置，校正程序可能須要花上好幾個小時甚至好幾天，且須要一系列的裝備，包括訊號源、精密的參考標準源及配件，但只要將驗證過程自動化，即可顯著降低校正時間。另一個頻譜分析儀之校正難題在於解釋測試結果的困難度，如決定頻譜分析儀是否滿足其相位雜訊規格之雜訊旁帶 (Noise Sideband)試驗通常會以dBc來表示結果，而一般頻譜分析儀係以dBc/Hz顯示，因此，測試工程師必須將dBc轉換為dBc/Hz，且必須應用若干修正係數來判定頻譜分析儀是否符合規範。
因此，頻譜分析儀的校正工作最好由有經驗的計量學家來進行，因他們除具備所需的設備知識外，對於相關之校正程序也有深入了解，本文旨在於協助從事頻譜分析儀工作的應用工程師了解定期校正之重要性，並針對實驗室校準計量學家解釋校正頻譜分析儀時之關鍵步驟，一開始即會簡單重述頻譜分析儀為何及其功用，然後再說明保持頻譜分析儀在規範內運作的幾項最重要的試驗。
可變動IF增益電路為頻譜分析儀重要元件
頻譜分析儀有好幾種類型，包括入門型低價手持式裝置、傳統類比分析儀及採訊號處理技術之現代高性能分析儀。本文將針對掃描調諧之超外差 (Superheterodyne)頻譜分析儀作討論，因即時(Real Time)頻譜分析儀因結構完全不同，並不在討論範圍內。圖1顯示組成典型的掃描調諧，超外差之頻譜分析儀的重要元件，包括：
其中，可變動IF之增益很重要，因可使顯示器頂部之參考位準對應於所需之輸入訊號位準，超外差頻譜分析儀結構類似調幅(AM)超外差接收器，而其中混波器 (Mixer)用於將輸入訊號向下轉換為適合處理之較低中頻，大部分的頻譜分析儀都採用兩段式或3段式往下轉換，但為簡化起見，在此僅顯示單段式轉換方式。
頻譜分析儀測量項目繁多
頻譜分析儀顯示訊號頻率內容，以水平X座標顯示訊號之頻率，而以垂直Y座標顯示振幅大小(圖2)，校正頻譜分析儀時，很重要的一點是須要確認X軸、Y軸及標示讀值皆準確。X軸測量訊號之頻率，在圖2所示範例中，X軸涵蓋500kHz之跨距，從499.75MHz之頻率開始至500.25MHz結束，X軸中心點為500MHz，每一分隔代表50 kHz，水平座標之頻率校正以線性方式進行，可測量並比較訊號頻率部分。在Y軸可進行一個訊號與另一訊號之相對振幅量測，或一訊號之絕對振幅量測，圖2中顯示器之頂線代表0dBm係設定為參考位準使用，而位準大小隨顯示器上往下移動而降低，每一分隔代表-10dBm間隔，因一個訊號可能於某一位準上精確地顯示，而在另一位準上卻超出規範外，故驗證分析儀之準確度及整個振幅範圍內之線性表現極為重要。
顯示器同時也顯示標示之讀數或游標位置，對裝設數位顯示器之頻譜分析儀來說，游標準確度與顯示器準確度之間的差異較不重要，因為顯示的軌跡與游標讀數均從相同的測量資料產生，但對舊型類比儀器而言，驗證振幅之準確度及顯示器與游標之頻率測量準確度則極其重要，圖2中，游標位置之振幅為9.91dBm，而其頻率為500 MHz。對大部分儀器而言，顯示器也同時顯示頻譜分析儀之設定值，包括：
掃描時間、濾波器頻寬及頻率跨距均相互關聯，其中較快速的掃描時間須有較寬的濾波器頻寬，及/或較窄的跨距，如未先將濾波器的頻寬及跨距作適度調整而進行加快掃描時間時，將產生扭曲，造成錯誤的頻譜顯示。在較新型的頻譜分析儀上，設定跨距、濾波器頻寬及視頻頻率後，此分析儀將自動設定適當的掃描時間，但使用舊型裝置時，則須以手動方式調整各設定值，以達到有效訊號之最佳顯示。
釐清必要校正測試項目
雖製造商並未要求頻譜分析儀校準時需進行所有試驗，但顯示線性、雜訊基準(Noise Floor)、絕對振幅準確度及頻率響應、解析頻寬及選擇性、解析頻寬切換、雜訊旁帶、殘餘調頻、頻率跨距準確度、參考準位準確度、掃描時間準確度、諧波失真、第三級互調阻斷及增益壓縮等參數代表校準時最常使用之最重要項目，額外之功能試驗可包括參考輸出準確度、輸入回流損失(VSWR)、標示計數準確度、濾波器頻寬準確度、IF增益不確定度及頻率計數器讀值準確度。
校正所有參數之工作並非如想像般令人怯步，因可能只須使用單一設備組態即可校準這些核心參數中之若干參數，事實上，許多試驗中所需之唯一設備為訊號產生器及精確的分級衰減器，對於頻率響應試驗，也需要一個功率計及功率分離器(Power Splitter)，雜訊邊帶試驗及殘餘頻調試驗，則須添加一個低相位雜訊產生器。而進行參考輸出準確度測試時，除基本之測試儀器外，另需一個萬用計數器及功率表，以下將說明各必要校正測試之項目，附圖之頂部顯示部分頻譜分析儀之量測，接著是在顯示器上可能看到之範例，然後是測試設定。
圖3所示之測試將進行檢波器/對數放大器、視頻濾波器及頻譜分析儀顯示器元件之校正工作，採用固定的輸入衰減器及參考位準設定值，將驗證機器在寬廣動態範圍內之振幅線性。與其他許多測試不同的是，此測試須具備高精確衰減線性之訊號源作為參考標準，或若訊號產生器尚未對衰減線性進行校正，則可使用固定之輸出位準設定；若外接衰減器在分開程序中已進行過校正或已在其他認可之校正實驗室經過驗證，則可加入此外接精確的步階式衰減器作為參考標準，且另需包括額外的衰減器定值(Pad)，一般為3dB，透過校正過之步階式衰減器(Step Attenuator)觀看，以改善匹配，並減少匹配不當之不確定性。
此測試一般須將訊號來源設定於固定頻率及振幅，一般為50MHz@+10dBm，且兩個步階式衰減器設定於0dB，可能須調整訊號產生器，使分析儀之標示器振幅的讀數可為0dBm，一旦將振幅設定於0dBm後，此即成為參考點，而訊號產生器在測試的剩餘部分須保持此狀態且不可再予以碰觸。頻譜分析儀使用手冊內之驗證表指出設定衰減器時1次只能增加1階，並紀錄每次設定時標示器之差異，為使這些讀值準確，必須使用實際的衰減值，而非公稱數值，計算顯示器線性之公式為：
顯示器線性 = 總實際衰減–累進之標示差異讀值。
換言之，設定10dB之衰減可能表示實際的衰減值為9.998dB，而影響顯示器線性測試之量測不確定性的重要因素包括參考步階式衰減器之準確度、步階式衰減器在輸入輸出之匹配錯誤、頻譜分析儀之顯示器解析度及測量之訊號/雜訊比，且自動校正軟體之使用可大大簡化計算測量不確定性之工作。
雜訊基準或顯示平均雜訊位準(DANL)對頻譜分析儀是否具有量測低位準能力有相當影響，此測試如圖4所示，頻譜分析器之輸入端上須應用一個被動式50歐姆訊號終端器。在決定顯示平均雜訊位準(PM)時，首先需校正頻譜分析儀顯示器線性及參考位準之準確度，50歐姆訊號終端器連接後，將顯示器標示值置於雜訊位準上並讀取數值AR(單位：dBm)，雖不一定會在1Hz之頻寬內量測，但顯示平均雜訊位準通常會正常化為1Hz或10Hz之頻寬，且須針對製造商所規定之各解析度及視訊頻寬來執行此試驗，其公式如下：
PM = PR + AR (單位：dBm)
其中PR等於設定之參考位準，AR為平均雜訊位準與PR之差異，而影響雜訊基準試驗之測量不確定性的重要因素包括頻譜分析儀顯示器之解析度及由前次測試決定的頻譜分析儀顯示器之線性。
此測試將校正頻譜分析儀之衰減器電路，其中輸入訊號之步階衰減準確度很重要，因其將影響到訊號準位量測的準確度，執行此測試時，使用通過校正過之步階衰減器參考訊號將測試設備連接起來(圖5)，並須包括額外之衰減器定值，一般為3dB，由校正過之步階衰減器觀看後，以改善匹配並降低匹配不當之不確定性，而增加外接步階衰減時，應依製造商建議降低分析儀之輸入衰減，在各階衰減上，紀錄顯示器上顯示之位準差(ΔMKR)，並與製造商之規格相比較，以判定頻譜分析儀是否通過此測試。
從校正報告上參考步階衰減器之公稱值所提供之實際衰減值(Attext Actual)將與頻譜分析儀之衰減器所提供之公稱衰減值(Attnom)相互比較，求得參考衰減器各分級之實際值後，則可計算與公稱值之間的差值，然後從頻譜分析儀顯示器顯示之振幅差(ΔMKR)減去此差值，求出分析儀之衰減器分級與公稱值的相差程度，此頻譜分析儀之衰減器準確度(ACC)可由下列公式求出：
ACC=[ΔATTNOM－ATTEXT ACTUAL]–ΔMKR
而影響輸入衰減器試驗之測量不確定性的重要因素包括外接參考步階衰減器之準確度、步階衰減器之輸入及輸出之不當匹配、由各測試之分析儀顯示器讀值之頻譜分析儀顯示器之解析度、由前次測試決定的頻譜分析儀顯示器之線性及視顯示平均雜訊位準而定的測量之訊號/雜訊比。
頻率響應測試將校正頻譜分析儀衰減器及混波器元件，此測試將測量分析儀之振幅錯誤，並以此作為頻率之函數，如圖6所示，此測試將驗證在整個頻率範圍內於固定位準上分析儀之振幅響應，相對於一般為50MHz的參考頻率上之振幅響應，此絕對振幅準確度測試同時也校準IF電路，以決定分析儀於參考頻率上之絕對位準準確度，而此測試須要加入功率表及功率感應器作為校正標準。
進行測量時，須透過功率分離器將訊號產生器之輸出饋入功率感應器，然後再進入分析儀內，但為改善振幅之準確度，需先校正功率分離器，此將功率感應器，即「參考」用感應器，連接至功率分離器的一個輸出埠上而成，另一個功率分離器之輸出埠連接於仍保留在未拆除的功率分離器上之第二個「嵌入式」感應器，經此組態可測量並紀錄參考感應器與分析儀製造商所要求之一般為25～40測量點之間的各頻率點上之嵌入式感應器間的差異。
一旦完成所有規定之測量點校正後，則可拆除參考感應器，然後接上頻譜分析儀，再一次在各規定頻率點上測量，在各點上將應用功率分離器之校準資料於其結果上，以去除功率分離器所產生之殘餘錯誤，而影響頻率響應測試之量測不確定性的重要因素包括參考功率感應器之頻率響應、功率分離器與功率感應器間及功率分離器與頻譜分析儀間之不當匹配、頻譜分析儀顯示器之解析度、由前次測試決定的頻譜分析儀顯示器之線性及訊號產生器輸出之諧波內容。
此測試如圖7所示，將校正頻譜分析儀之各IF濾波器頻寬及頻寬選擇性。頻寬選擇性，亦稱為形狀因素，將測量分析儀能力，以解決不等振幅且緊密相鄰之訊號，此規定為60dB頻寬與3dB頻寬之比率，適當校正此參數很重要，因為若選用錯誤之濾波器頻寬或若濾波器邊裙形狀有誤時，在相鄰頻率兩大小不同之訊號間將不易分辨。執行此測試時，先將訊號產生器之輸出連接至分析儀之輸入端，然後將分析儀設定於製造商所規定之第一濾波器頻寬，其設定刻度為每格1dB，並決定 3dB頻寬，如圖7中a，然後選用製造商所規定每格跨距之設定值，將振幅刻度設定為每格10dB，並擴展訊號，使其可填滿整個顯示區域，讀取並紀錄 60dB頻寬，如圖7中b，針對製造商規定之各剩餘濾波器頻寬設定值重複這些測量，此時可依下列公式計算頻寬之選擇性：
頻寬選擇性=Δf60dB/Δf3dB
公式中f表示頻率，影響濾波器頻寬試驗測量之不確定性的重要因素包括頻率跨距/頻譜分析儀標示差異準確度、如製造商所規定之每格跨距之不確定性及由前次測試決定的頻譜分析儀顯示器之線性。
此測試如圖8所示，將校準頻譜分析儀之增益及濾波器電路，並驗證在不同濾波器頻寬及跨距設定值下濾波器之增益仍保持一定，此測試使用之訊號輸入頻率通常在 50～100MHz之間。一般說來，在特定之濾波器頻寬及跨距設定下使用頻譜分析儀顯示器上之參考標示，如頻譜分析儀製造商所規定，第一分級應設於 50MHz之參考準位，然後同樣如頻譜分析儀製造商所規定，就不同之濾波器頻寬及跨距設定再調整頻譜分析儀，讀取各設定之標示差異，並將試驗結果與頻譜分析儀規格加以比較以決定錯誤值。
圖8的兩個軌跡代表頻譜分析儀濾波器頻寬及每格跨距設定之變化，若IF增益不隨濾波器頻寬改變，但跨距設定值改變時，曲線之波峰振幅將相互重合，因此在校準報告中應加註其差異，而影響濾波器頻寬切換測試之不確定性的重要因素包括由前次測試決定的頻譜分析儀顯示器之線性及頻譜分析儀顯示器之解析度。
檢視上述試驗說明時，應注意進行試驗的順序非常重要，因為有些測試將依靠前次測試所驗證之分析儀性能，如顯示器之線性校正及雜訊基準校正通常須要在其他多數測試前先進行，因不同製造商規定不同的測試組別，且不可能列出適用於所有情況的單一測試順序，因此須確定已查閱過使用手冊，以決定頻譜分析儀之適當測試順序。