【導(dǎo)讀】從事射頻應(yīng)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(tǒng)的掃頻分析儀 (TSA) 還是更現(xiàn)代的矢量信號(hào)分析儀 (VSA)。他們熟練掌握這些重要射頻儀器的關(guān)鍵規(guī)范和工作原理。然而，在涉及如實(shí)時(shí)頻譜分析儀（RSA 或 RTSA）這類稍有不同的儀器時(shí)，他們就有些生疏了。由于對(duì) RSA 的功能和測(cè)量能力缺乏了解，用戶有時(shí)會(huì)未能意識(shí)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(shì)。泰克公司在設(shè)計(jì)、制造和部署 RSA 方面擁有多年的豐富經(jīng)驗(yàn)，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(yīng)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(tǒng)的掃頻分析儀 (TSA) 還是更現(xiàn)代的矢量信號(hào)分析儀 (VSA)。他們熟練掌握這些重要射頻儀器的關(guān)鍵規(guī)范和工作原理。然而，在涉及如實(shí)時(shí)頻譜分析儀（RSA 或 RTSA）這類稍有不同的儀器時(shí)，他們就有些生疏了。由于對(duì) RSA 的功能和測(cè)量能力缺乏了解，用戶有時(shí)會(huì)未能意識(shí)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(shì)。泰克公司在設(shè)計(jì)、制造和部署 RSA 方面擁有多年的豐富經(jīng)驗(yàn)，我們希望澄清 RSA 使用上的一些誤解，甚至是流言。
誤解1：現(xiàn)代所有基于FFT的分析儀都是實(shí)時(shí)頻譜分析儀。
現(xiàn)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(hào)轉(zhuǎn)換為頻域頻譜。這些分析儀以超高速率對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣并通過 FFT 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換來(lái)獲得輸入信號(hào)各個(gè)分量的幅值和頻率。盡管基于 FFT 的現(xiàn)代頻譜分析儀具有高頻分辨率，可以測(cè)量寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的信號(hào)，但它們可能無(wú)法檢測(cè)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(hào)，就意味著實(shí)時(shí)頻譜分析儀必須具備以下特點(diǎn)：
? 輸入信號(hào)的采樣頻率必須足夠快，以滿足奈奎斯特準(zhǔn)則。也就是說(shuō)，采樣頻率必須超過信號(hào)帶寬的兩倍。
? 所有計(jì)算的執(zhí)行必須連續(xù)且足夠快，以確保分析的輸出跟上輸入信號(hào)在短采樣間隔內(nèi)的變化。
? 支持足夠長(zhǎng)的分析間隔，以滿足最窄分辨帶寬 (RBW) 的需求。
? 此外，快速傅里葉變換的速度必須非常快，確保不遺漏任何信號(hào)變化。
泰克公司在其實(shí)時(shí)頻譜分析儀中采用了一種獨(dú)特架構(gòu)，以克服現(xiàn)代 VSA 的測(cè)量限制，有效解決了與瞬態(tài)和動(dòng)態(tài)射頻信號(hào)相關(guān)的問題。泰克公司的 RSA 在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)前使用實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理 (DSP) 進(jìn)行信號(hào)分析，而非像 VSA 架構(gòu)中那樣在數(shù)據(jù)采集后再進(jìn)行處理。這種實(shí)時(shí)處理方式可讓用戶發(fā)現(xiàn)其它架構(gòu)無(wú)法察覺的事件。同時(shí)，它支持在這些事件發(fā)生時(shí)觸發(fā)，能夠?qū)⑦@些事件選擇性地捕獲到存儲(chǔ)器中。圖 1 展示了泰克公司的 RSA 如何在較短的間隔內(nèi)采集并處理更多 FFT，以跟上非常快速的信號(hào)變化。
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(zhǎng)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，用戶可以輕松觀察特定測(cè)量間隔內(nèi)頻譜的變化。如圖 2 中的藍(lán)色頻譜圖所示，每個(gè)音調(diào)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(hào)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型的測(cè)量結(jié)果和可視化圖譜，為用戶提供有關(guān)所采集信號(hào)的性質(zhì)和特征的附加信息，甚至是 VSA 通常會(huì)錯(cuò)過的極快速瞬態(tài)信號(hào)。
DPX? 頻譜軌跡是用于呈現(xiàn)快速變化的射頻信號(hào)，或瞬態(tài)射頻信號(hào)的最有用的工具之一。泰克公司的 DPX 專利技術(shù)使用硬件 DSP 處理并將樣本轉(zhuǎn)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(jí)功能，允許用戶查看頻率相同，但時(shí)間或功率有差別的不同信號(hào)。
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(cè)量中，它可用于觀察時(shí)域中的頻譜特征，或根據(jù)時(shí)間的變化來(lái)確定進(jìn)行頻譜測(cè)量的時(shí)機(jī)。
可對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行的測(cè)量有多種，包括將時(shí)間作為參數(shù)的測(cè)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(diào)制參數(shù)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(wěn)定性的關(guān)系
通過檢查頻率測(cè)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)鍵問題。調(diào)制通常會(huì)隨著時(shí)間的變化改變頻率、幅值或相位等參數(shù)，觀察這些參數(shù)的時(shí)間圖可以了解系統(tǒng)的行為。
對(duì)于脈沖測(cè)量，時(shí)域和頻域之間存在關(guān)聯(lián)，使用戶可以對(duì)單個(gè)脈沖進(jìn)行詳細(xì)的分析，并獲得對(duì)數(shù)百萬(wàn)個(gè)后續(xù)脈沖的統(tǒng)計(jì)和趨勢(shì)分析。圖 4 說(shuō)明了泰克軟件能夠測(cè)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(yùn)行，用于分析單個(gè)脈沖、脈沖之間的測(cè)量以及數(shù)千個(gè)脈沖的統(tǒng)計(jì)結(jié)果
誤解3：RSA 的觸發(fā)能力和VSA 不相上下
與 VSA 類似，泰克公司的 RTSA 提供多種內(nèi)部和外部觸發(fā)方法，包括外部電壓上升沿和內(nèi)部 IQ 電源觸發(fā)。然而，與傳統(tǒng) VSA 不同的是，DPX 技術(shù)還可為時(shí)變信號(hào)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)，類似于時(shí)域電平觸發(fā)的工作方式。借助這種強(qiáng)大的技術(shù)，即使存在電平較高的其他信號(hào)，Tek RSA 也能可靠地檢測(cè)到遠(yuǎn)低于儀器滿量程的信號(hào)。這種在存在強(qiáng)信號(hào)的情況下觸發(fā)弱信號(hào)的能力，對(duì)于檢測(cè)間歇信號(hào)、互調(diào)產(chǎn)物的存在、瞬態(tài)頻譜遏制違規(guī)以及其他頻率效應(yīng)至關(guān)重要。
圖 5：瞬態(tài)信號(hào)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(shù)組，因此用戶可以定義一個(gè)具有頻率上下限和幅值上下限的方框（圖 6）。當(dāng)該方框中的信號(hào)密度超過指定閾值時(shí)，儀器就會(huì)被觸發(fā)。例如，此功能使用戶只在信號(hào)出現(xiàn)的頻率超過預(yù)期時(shí)才會(huì)記錄，從而幫助他們區(qū)分瞬態(tài)雜散和更持久的系統(tǒng)雜散。
圖 6：設(shè)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(jù)其持續(xù)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(jié)論
我們澄清了關(guān)于矢量信號(hào)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(xù)且快速地處理 FFT 記錄，以跟上輸入信號(hào)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(nèi)生成各種測(cè)量結(jié)果和可視化圖像。接著，我們介紹了 DPX 技術(shù)為時(shí)變信號(hào)提供的新分析和觸發(fā)方法。在重新認(rèn)識(shí)泰克公司 RSA 的功能和測(cè)量能力后，現(xiàn)在您可以將它們納入您的射頻工具集中，并充分利用其強(qiáng)大的時(shí)間和頻率分析能力。
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