學(xué)習(xí)實(shí)時(shí)頻譜分析儀

1、1 ，當(dāng)前工程師和科學(xué)家能夠可靠地檢測和檢定隨時(shí)間變化的RF信號非常關(guān)鍵，2 為解決這些問題，泰克設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)頻譜分析儀(RTSA)，這種儀器可以觸發(fā)RF 信號，把信號無縫捕獲到內(nèi)存中，并在頻域、時(shí)域和調(diào)制域中分析這些信號3 使用傳統(tǒng)工具如掃頻頻譜分析儀(SA)和矢量信號分析儀(VSA)可能會在頻域和調(diào)制域內(nèi)提供信號概況，但其通常不能提供足夠的信息，讓用戶滿懷信心地描述設(shè)備生成的那些動(dòng)態(tài)的RF信號。RTSA在所有這些測量中增加了另一個(gè)關(guān)鍵維度 - 時(shí)間。4 掃頻頻譜分析儀：傳統(tǒng)頻域分析 掃頻頻譜分析儀通過把感興趣的信號向下變頻，并掃描通過分辨率帶寬(RBW)濾波器的傳輸頻帶，來測量功率隨頻率變化

2、。RBW 濾波器后面跟有一個(gè)檢測器5 ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換 數(shù)模轉(zhuǎn)換 analog digital converter6 矢量信號分析儀：數(shù)字調(diào)制分析7 RTSA的工作原理圖衰減器attenuatorIF 數(shù)字轉(zhuǎn)換器泰克 RSA 一般會數(shù)字化以中間頻率(IF)為中心的一個(gè)頻段。這個(gè)頻段或跨度是可以進(jìn)行實(shí)時(shí)分析的最寬的頻率范圍。在高IF 上進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換、而不是在DC 或基帶上進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，具有多種信號處理優(yōu)勢(雜散性能、DC 抑制、動(dòng)態(tài)范圍等)，但如果直接處理，可能要求額外的計(jì)算進(jìn)行濾波和分析。泰克RSA 采用圖2-2 所示的數(shù)字下變頻器(DDC)和采樣器，以有效的、對選擇的跨度足夠高的取樣速率把數(shù)

3、字化的IF 轉(zhuǎn)換成I 和Q 基帶信號。數(shù)字下變頻器IF 信號以取樣速率FS 進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換。然后把數(shù)字轉(zhuǎn)換后的IF 發(fā)送到DDC。DDC 中的數(shù)字振蕩器在感興趣的波段中心頻率上生成正弦和余弦。正弦和余弦以數(shù)字方式乘以數(shù)字化IF，生成I 和Q 基帶樣點(diǎn)流，其中包含原始IF 中包含的所有信息。然后I 和Q 流經(jīng)過可變帶寬低通濾波器。低通濾波器的截止頻率根據(jù)選擇的跨度而變化。I 和8 可以在儀器的整個(gè)頻率范圍內(nèi)調(diào)諧RF 前端，它把輸入信號下變頻到固定IF(中間頻率)，固定IF 與RTSA 的最大實(shí)時(shí)帶寬有關(guān)。然后ADC 對信號進(jìn)行濾波、數(shù)字化，然后傳送到DSP引擎上，DSP引擎負(fù)責(zé)管理儀器的觸發(fā)、內(nèi)存

4、和分析功能。盡管這個(gè)方框圖的各個(gè)要素和采集過程與VSA結(jié)構(gòu)類似，但RTSA經(jīng)過專門優(yōu)化，提供了實(shí)時(shí)觸發(fā)、無縫信號捕獲和時(shí)間相關(guān)多域分析功能9 在RTSA 使用實(shí)時(shí)采集無縫捕獲信號時(shí)，三個(gè)條件(樣點(diǎn)、幀和塊)描述了存儲的數(shù)據(jù)層級數(shù)據(jù)層級的最低層是樣點(diǎn)，它代表著離散的時(shí)域數(shù)據(jù)點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)在其它數(shù)字取樣應(yīng)用中也很常見下一層是幀。幀由整數(shù)個(gè)連續(xù)樣點(diǎn)組成，是可以應(yīng)用快速傅立葉變換(FFT)把時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域中的基本單位。在這一過程中，每個(gè)幀產(chǎn)生一個(gè)頻域頻譜采集層級的最高層是塊，它由不同時(shí)間內(nèi)無縫捕獲的許多相鄰幀組成。塊長度(也稱為采集長度)是一個(gè)連續(xù)采集表示的總時(shí)間。塊內(nèi)部表示輸入信號時(shí)沒有時(shí)間間隔1

5、0 頻譜圖是一個(gè)重要的測量項(xiàng)目，它直觀地顯示了頻率和幅度怎樣隨時(shí)間變化。橫軸表示傳統(tǒng)頻譜分析儀在功率與頻率關(guān)系圖上顯示的相同的頻率范圍。在頻譜圖中，豎軸表示時(shí)間, 幅度則用軌跡顏色表示. 。FFT 算法實(shí)現(xiàn)時(shí)域到頻域變換，后續(xù)分析生成頻譜圖、碼域圖等顯示畫面。11 ，頻譜圖有三個(gè)軸：橫軸表示頻率豎軸表示時(shí)間顏色表示幅度在使用頻譜圖時(shí)，需要記住的幾個(gè)要點(diǎn)如下：幀時(shí)間與跨度有關(guān)(跨度越寬，時(shí)間越短)。頻譜圖的一個(gè)豎行=一個(gè)實(shí)時(shí)幀。一個(gè)實(shí)時(shí)幀=1024 個(gè)時(shí)域樣點(diǎn)。最老的幀位于屏幕頂部，最新的幀位于屏幕底部。塊內(nèi)部的數(shù)據(jù)被無縫捕獲，在時(shí)間上是連續(xù)的。頻譜圖的黑色橫線表示塊之間的邊界。在采集之間發(fā)生了

6、時(shí)間間隔。頻譜圖左側(cè)的白條表示觸發(fā)后的數(shù)據(jù)。12 ，RTSA 是一個(gè)通用性更強(qiáng)的工具，因?yàn)樗嘶绢l域測量之外，還提供了實(shí)時(shí)測量功能。測量隨時(shí)間變化的瞬時(shí)和動(dòng)態(tài)信號 - RTSA實(shí)時(shí)觸發(fā)、無縫捕獲和深入分析信號 - RTSA關(guān)聯(lián)時(shí)域、頻域和調(diào)制域事件 - RTSA對復(fù)雜的通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)制分析 - RTSA 或VSA基本參數(shù)頻域測量 - RTSA 或掃頻分析儀要求極高動(dòng)態(tài)范圍的靜態(tài)信號測量 - 掃頻分析儀詞匯表第5 章 詞匯表采集整數(shù)個(gè)時(shí)間連續(xù)的幀；一個(gè)塊。采集時(shí)間一次采集表示的時(shí)間長度，與塊長度相同。幅度電信號的幅度。調(diào)幅(AM)正弦波(載波)的幅度根據(jù)第二個(gè)電信號(調(diào)制信號)的瞬時(shí)電壓變化

7、的過程。分析時(shí)間一個(gè)塊中時(shí)間連續(xù)的樣點(diǎn)的子集，作為分析視圖的輸入使用。分析視圖用來顯示實(shí)時(shí)測量結(jié)果的靈活的窗口。塊整數(shù)個(gè)時(shí)間連續(xù)的幀。載波調(diào)制所在的RF 信號。載頻載波信號的CW 部分的頻率。中心頻率與分析儀顯示的頻率跨度中心對應(yīng)的頻率。碼域圖碼通道、時(shí)間和功率顯示圖，其中CDMA 碼通道為X 軸，時(shí)間為Y 軸。功率用顏色表示。CW 信號連續(xù)波信號正弦波。dBfs用參考全標(biāo)的dB表示功率電平的單位。根據(jù)上下文內(nèi)容，這可以是顯示屏幕的全標(biāo)，也可以是ADC 的全標(biāo)。dBm用參考1 毫瓦的dB 表示功率電平的單位。dBmV用參考1 毫瓦的dB 表示電壓電平的單位。分貝(dB)一個(gè)電功率與另一個(gè)電功率

8、之比的對數(shù)的10 倍。顯示線波形顯示上的橫線或豎線，作為參考線目視(自動(dòng))比較給定電平、時(shí)間或頻率。失真信號劣化，通常是非線性操作的結(jié)果，導(dǎo)致了不想要的頻率成分。諧波和互調(diào)失真是常見的失真類型。動(dòng)態(tài)范圍在輸入上同時(shí)存在的、可以以規(guī)定精度測量的兩個(gè)信號電平的最大比率。FFT快速傅立葉變換計(jì)算離散數(shù)量的時(shí)域樣點(diǎn)的頻譜的一種數(shù)學(xué)運(yùn)算過程。幀一系列時(shí)間連續(xù)的樣點(diǎn)；用來計(jì)算單個(gè)頻譜。幀長度一個(gè)幀內(nèi)部時(shí)域樣點(diǎn)表示的時(shí)間數(shù)量；是樣點(diǎn)數(shù)量和取樣速率的函數(shù)。頻率信號振蕩的速率，用赫茲或每秒周期數(shù)表示。頻域圖與頻率對應(yīng)的信號頻譜成分的功率；信號的頻譜。頻率漂移在其它條件保持不變時(shí)顯示的頻率在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)的逐漸位移

9、或變化，用每秒赫茲表示。頻率模板觸發(fā)基于頻域中發(fā)生的特定事件的靈活的實(shí)時(shí)觸發(fā)功能。調(diào)頻(FM)電信號(載波)的頻率根據(jù)第二個(gè)電信號(調(diào)制信號)的瞬時(shí)電壓變化的過程。頻率范圍設(shè)備工作的頻率范圍，具有上限和下限。頻率跨度在兩個(gè)頻率極限之間擴(kuò)展的連續(xù)的頻率范圍。標(biāo)尺波形軌跡上的可視識別點(diǎn)，用來提取該點(diǎn)表示的域和范圍值讀數(shù)。調(diào)制改變信號特點(diǎn)，一般是為了傳輸信息。噪聲疊加在信號上的不想要的隨機(jī)干擾，其一般會使信號變得模糊。本底噪聲系統(tǒng)固有的噪聲電平，代表著可以觀察輸入信號的最低限；最終受到熱噪聲(kTB)的限制。噪聲帶寬(NBW)用來計(jì)算絕對功率(單位為dBm/Hz)的濾波器的確切帶寬。實(shí)時(shí)帶寬可以進(jìn)行

10、實(shí)時(shí)無縫捕獲的頻率跨度，其與實(shí)時(shí)頻譜分析儀的數(shù)字轉(zhuǎn)換器和IF 帶寬相對應(yīng)。實(shí)時(shí)無縫捕獲采集和存儲不間斷的一系列時(shí)域樣點(diǎn)的能力，這些樣點(diǎn)代表著RF 信號在長時(shí)間內(nèi)的行為特點(diǎn)。實(shí)時(shí)頻譜分析根據(jù)測量技術(shù)觸發(fā)RF信號，無縫地把信號捕獲到內(nèi)存中，并在頻域、時(shí)域和調(diào)制域中分析信號。參考電平分析儀顯示屏最上方的格線表示的信號電平。分辨率帶寬(RBW)頻譜分析儀的IF 階段中最窄的濾波器的寬度。RBW 決定著分析儀分辨間隔近的信號成分的能力。靈敏度衡量頻譜分析儀顯示最小信號的能力，通常用顯示的平均噪聲電平(DANL)表示。頻譜圖頻率、時(shí)間和幅度顯示畫面，其中頻率用X軸表示，時(shí)間用Y 軸表示，功率用顏色表示。頻譜信號的頻域表示，顯示了頻譜成分隨頻率變化的功率分布。頻譜分析確定RF 信號頻率成分的測量技術(shù)。矢量信號分析檢定RF 信號調(diào)制特點(diǎn)的測量技術(shù)。參考縮略語ADC： 模數(shù)轉(zhuǎn)換器AM： 調(diào)幅BH4B： Blackman-Harris 4B 窗口CCDF： 互補(bǔ)累計(jì)分布函數(shù)CDMA： 碼分多址CW： 連續(xù)波dB： 分貝dBfs: dB 全標(biāo)DDC： 數(shù)字下變頻器DSP： 數(shù)字信號處理EVM： 誤差矢量幅度FFT： 快速傅