【導讀】從事射頻應用的研究人員、工程師和技術(shù)人員通常都能充分理解頻譜分析儀的用途和優(yōu)點(diǎn),無(wú)論是傳統的掃頻分析儀 (TSA) 還是更現代的矢量信號分析儀 (VSA)。他們熟練掌握這些重要射頻儀器的關(guān)鍵規范和工作原理。然而,在涉及如實(shí)時(shí)頻譜分析儀(RSA 或 RTSA)這類(lèi)稍有不同的儀器時(shí),他們就有些生疏了。由于對 RSA 的功能和測量能力缺乏了解,用戶(hù)有時(shí)會(huì )未能意識到 RSA 作為其射頻工具集中一個(gè)關(guān)鍵工具所具有的優(yōu)勢。泰克公司在設計、制造和部署 RSA 方面擁有多年的豐富經(jīng)驗,我們希望澄清 RSA 使用上的一些誤解,甚至是流言。
從事射頻應用的研究人員、工程師和技術(shù)人員通常都能充分理解頻譜分析儀的用途和優(yōu)點(diǎn),無(wú)論是傳統的掃頻分析儀 (TSA) 還是更現代的矢量信號分析儀 (VSA)。他們熟練掌握這些重要射頻儀器的關(guān)鍵規范和工作原理。然而,在涉及如實(shí)時(shí)頻譜分析儀(RSA 或 RTSA)這類(lèi)稍有不同的儀器時(shí),他們就有些生疏了。由于對 RSA 的功能和測量能力缺乏了解,用戶(hù)有時(shí)會(huì )未能意識到 RSA 作為其射頻工具集中一個(gè)關(guān)鍵工具所具有的優(yōu)勢。泰克公司在設計、制造和部署 RSA 方面擁有多年的豐富經(jīng)驗,我們希望澄清 RSA 使用上的一些誤解,甚至是流言。
誤解1:現代所有基于FFT的分析儀都是實(shí)時(shí)頻譜分析儀。
現代頻譜分析儀采用基于 FFT 的頻譜分析方法,將快速采樣的時(shí)域信號轉換為頻域頻譜。這些分析儀以超高速率對信號進(jìn)行采樣并通過(guò) FFT 對數據進(jìn)行轉換來(lái)獲得輸入信號各個(gè)分量的幅值和頻率。盡管基于 FFT 的現代頻譜分析儀具有高頻分辨率,可以測量寬動(dòng)態(tài)范圍內的信號,但它們可能無(wú)法檢測到儀器采樣間隔之間發(fā)生的事件。
因此,要實(shí)時(shí)分析信號,就意味著(zhù)實(shí)時(shí)頻譜分析儀必須具備以下特點(diǎn):
? 輸入信號的采樣頻率必須足夠快,以滿(mǎn)足奈奎斯特準則。也就是說(shuō),采樣頻率必須超過(guò)信號帶寬的兩倍。
? 所有計算的執行必須連續且足夠快,以確保分析的輸出跟上輸入信號在短采樣間隔內的變化。
? 支持足夠長(cháng)的分析間隔,以滿(mǎn)足最窄分辨帶寬 (RBW) 的需求。
? 此外,快速傅里葉變換的速度必須非???,確保不遺漏任何信號變化。
泰克公司在其實(shí)時(shí)頻譜分析儀中采用了一種獨特架構,以克服現代 VSA 的測量限制,有效解決了與瞬態(tài)和動(dòng)態(tài)射頻信號相關(guān)的問(wèn)題。泰克公司的 RSA 在數據存儲前使用實(shí)時(shí)數字信號處理 (DSP) 進(jìn)行信號分析,而非像 VSA 架構中那樣在數據采集后再進(jìn)行處理。這種實(shí)時(shí)處理方式可讓用戶(hù)發(fā)現其它架構無(wú)法察覺(jué)的事件。同時(shí),它支持在這些事件發(fā)生時(shí)觸發(fā),能夠將這些事件選擇性地捕獲到存儲器中。圖 1 展示了泰克公司的 RSA 如何在較短的間隔內采集并處理更多 FFT,以跟上非??焖俚男盘栕兓?。
圖 1:描繪了基于 FFT 的 VSA 與 RSA 之間差別的示意圖
誤解2:RSA的特別之處只有頻譜圖或射頻瀑布圖
RSA 非常擅長(cháng)生成RF頻譜隨時(shí)間變化的可視化圖譜(即頻譜圖)。利用這些二維圖,用戶(hù)可以輕松觀(guān)察特定測量間隔內頻譜的變化。如圖 2 中的藍色頻譜圖所示,每個(gè)音調的頻率隨時(shí)間變化,而其幅值傾向于保持不變。
圖 2:多音信號的頻譜和頻譜圖
但是,泰克公司的 RSA 可以在時(shí)域和頻域中生成更多類(lèi)型的測量結果和可視化圖譜,為用戶(hù)提供有關(guān)所采集信號的性質(zhì)和特征的附加信息,甚至是 VSA 通常會(huì )錯過(guò)的極快速瞬態(tài)信號。
DPX? 頻譜軌跡是用于呈現快速變化的射頻信號,或瞬態(tài)射頻信號的最有用的工具之一。泰克公司的 DPX 專(zhuān)利技術(shù)使用硬件 DSP 處理并將樣本轉化為像素信息,以創(chuàng )建全動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)射頻頻譜。它具有顏色分級功能,允許用戶(hù)查看頻率相同,但時(shí)間或功率有差別的不同信號。
圖 3:比較了 120 秒后的掃頻采集 MaxHold 軌跡,與 20 秒后的 DPX MaxHold 軌跡
頻譜分析儀主要是頻域儀器,但在許多測量中,它可用于觀(guān)察時(shí)域中的頻譜特征,或根據時(shí)間的變化來(lái)確定進(jìn)行頻譜測量的時(shí)機。
可對射頻信號進(jìn)行的測量有多種,包括將時(shí)間作為參數的測量,例如:
? 頻率和相位與時(shí)間的關(guān)系
? 幅值或功率與時(shí)間的關(guān)系
? I 和 Q 與時(shí)間的關(guān)系
? 調制參數與時(shí)間的關(guān)系(頻率偏差、相位誤差、幅值誤差、誤差矢量幅值)
? 頻率與相位穩定性的關(guān)系
通過(guò)檢查頻率測量隨時(shí)間變化的關(guān)系,工程師可以快速診斷發(fā)射器的關(guān)鍵問(wèn)題。調制通常會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的變化改變頻率、幅值或相位等參數,觀(guān)察這些參數的時(shí)間圖可以了解系統的行為。
對于脈沖測量,時(shí)域和頻域之間存在關(guān)聯(lián),使用戶(hù)可以對單個(gè)脈沖進(jìn)行詳細的分析,并獲得對數百萬(wàn)個(gè)后續脈沖的統計和趨勢分析。圖 4 說(shuō)明了泰克軟件能夠測量單個(gè)脈沖和大量脈沖的特性。
圖 4:SignalVu-PC 軟件在 Tek RSA 上運行,用于分析單個(gè)脈沖、脈沖之間的測量以及數千個(gè)脈沖的統計結果
誤解3:RSA 的觸發(fā)能力和VSA 不相上下
與 VSA 類(lèi)似,泰克公司的 RTSA 提供多種內部和外部觸發(fā)方法,包括外部電壓上升沿和內部 IQ 電源觸發(fā)。然而,與傳統 VSA 不同的是,DPX 技術(shù)還可為時(shí)變信號提供新的分析和觸發(fā)方法:
? 頻率模板觸發(fā):RSA 將頻譜形狀與用戶(hù)定義的模板進(jìn)行比較,在指定的頻譜形狀變化時(shí)觸發(fā)儀器(圖 5)。RSA 可以在頻率上升或下降時(shí)觸發(fā),類(lèi)似于時(shí)域電平觸發(fā)的工作方式。借助這種強大的技術(shù),即使存在電平較高的其他信號,Tek RSA 也能可靠地檢測到遠低于儀器滿(mǎn)量程的信號。這種在存在強信號的情況下觸發(fā)弱信號的能力,對于檢測間歇信號、互調產(chǎn)物的存在、瞬態(tài)頻譜遏制違規以及其他頻率效應至關(guān)重要。
圖 5:瞬態(tài)信號突破頻率模板邊界的觸發(fā)事件
? DPX 密度觸發(fā)器:由于 DPX 頻譜是頻率和幅值的二維數組,因此用戶(hù)可以定義一個(gè)具有頻率上下限和幅值上下限的方框(圖 6)。當該方框中的信號密度超過(guò)指定閾值時(shí),儀器就會(huì )被觸發(fā)。例如,此功能使用戶(hù)只在信號出現的頻率超過(guò)預期時(shí)才會(huì )記錄,從而幫助他們區分瞬態(tài)雜散和更持久的系統雜散。
圖 6:設置 DPX 密度觸發(fā)方框的頻率和幅值
? 時(shí)間限定觸發(fā)器:RSA 查看射頻脈沖的寬度,并根據其持續時(shí)間進(jìn)行觸發(fā),這使其成為快速動(dòng)態(tài)射頻脈沖環(huán)境下的理想選擇。
結論
我們澄清了關(guān)于矢量信號分析儀和實(shí)時(shí)頻譜分析儀之間差異的三個(gè)主要誤解。我們首先指出,泰克公司的 RSA可以連續且快速地處理 FFT 記錄,以跟上輸入信號的快速變化。我們還會(huì )回顧了泰克公司的 RSA 不僅能夠生成頻譜圖,還能在時(shí)域和頻率內生成各種測量結果和可視化圖像。接著(zhù),我們介紹了 DPX 技術(shù)為時(shí)變信號提供的新分析和觸發(fā)方法。在重新認識泰克公司 RSA 的功能和測量能力后,現在您可以將它們納入您的射頻工具集中,并充分利用其強大的時(shí)間和頻率分析能力。
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