频谱分析仪支持从RFID和雷达到RF元器件开发(放大器、合成器等)和发射机测量等各种研发应用。频谱分析仪也是无线测试中的主要工具,包括蜂窝系统和设备设计和制造应用。简而言之,频谱分析仪是评估RF信号特点的核心工具。
传统的扫频分析仪通过在感兴趣的频率上扫描分辨率带宽(RBW)滤波器,并记录每个频率点上的幅度,测量幅度与频率的关系。尽管这种方法可以提供非常好的动态范围,但其缺点在于,它一次只记录一个频率上的幅度数据。随着新的RF应用出现,RF信号的特点和复杂性正在不断发展,与过去的RF信号相比,其间歇性更高,“突发性”更强,时间更短,频率变化更大。因此,使用传统扫频分析仪分析当前RF信号更加困难,因为传统扫频分析仪的数字调制分析和多域功能有限。即使是为专门满足数字调制信号需求而开发的矢量信号分析仪
如前所述,扫频分析仪根据其RBW滤波器一次在一个频率点上查看的内容,绘制幅度与频率关系图。在一个频率跨度上扫描RBW滤波器需要大量的时间,在某些情况下可能需要几秒钟。很明显,很容易会漏掉发生速度比分析仪扫描速度快的信号变化;在发生瞬变时,扫描不可能刚好查看相应的频率段。
遗憾的是,在当前许多RF和无线原理和应用中,瞬变、可以预测和不可预测的频率移动及复杂的调制方案已经成为普遍现象,如使用跳频实现分集和安全;RF标识(RF ID)设备通过简要的突发信息通信;在存在静态信号及频率移动信号和不相关噪声时,频谱监测要求检测关键的瞬时事件。
对处理当前尖端RF应用的工程师,简单地观察频谱不变的频谱成分的时代已经一去不返了。现在,工程师必需触发感兴趣的信号,而不只是恰好显示在分析仪输入上的任何信号;它们必需捕获信号中的连续变化记录,包括瞬变和频率变化;它们必需分析信号的频率、幅度和调制变化。必需在不同时间完成所有这些操作。正如本文介绍的那样,这些测量需求与典型扫频分析仪之间的差距正在不断拉大。
这种差距耗费了大量的用户时间和资金,而在当前面临巨大压力的研究、开发和设计环境中,时间和资金都处于短缺状态。等待扫频分析仪检测瞬时事件的RF器件设计人员,可能需要等几个小时才能获得一次有用的采集,即使如此,可能仍没办法确定事件什么时候发生或实际上是否漏掉了一个或多个事件。此外,传统采集技术只产生频域信息。没有一种简便的方式推断时间细节,揭示底层信号特点。
改善RF信号特点的监测能力
在通过许多新兴应用运行的常用线程中,信号都具有时间变化特点。这种特点与上面已经讨论的因素相结合,要求新型的分析能力。因此,工程师和科学家正在转向实时频谱分析。尽管实时频谱分析并不是一个新的概念,但中肯地讲,目前这种技术已经比过去强大得多。由于RF信号的演进,曾一度最适合基带分析的实时频谱分析技术已经成为RF信号分析的重要工具,正广泛应用于计算机、通信和电子、制造及网络和频谱监测中。
例如,用户可能会选择检查5 MHz的跨度。通过使用实时频谱分析仪,该用户可以一次捕获整个跨度,而不是通过100 kHz扫描分辨率带宽滤波器查看信号。当扫频分析仪在跨度低端进行扫描时,可能会漏掉高端发生的瞬变,反之亦然。实时频谱分析仪则不会漏掉瞬变,它在实时带宽范围之内一次全部捕获整个跨度中信号完整的时间记录。每个实时频谱分析采集称为一个“帧”,包括获取帧的选定跨度内发生的所有事件。帧包括该时点的所有信号信息,就象静态摄影中包括某个时点上的影像一样。
同样重要的是,实时频谱分析仪连续捕获和存储这些帧,直到故意停止捕获和存储帧。完整的一串全跨度帧累积在仪器内存中。这样,内存类似于照相胶片,它可能包含几千帧的时间记录,可以通过数字信号处理(DSP)把这些记录转换到频域中。这些信息支持一系列分析工具,提高了工作效率,迅速满足了用户的分析需求。
同时捕获一个频率跨度,并采用强大的数字信号处理技术(DSP),构成了扫频分析仪上没有提供的完善触发模式的基础。实时频谱分析仪可以设置成仅在满足特定频率和幅度条件时触发。在信号仅出现一次的环境中,这是一种关键功能。对一般的RF系统检修,这种功能提供了类似示波器的灵活性,可以帮助识别问题和畸变。对频谱监测等应用,它允许仪器只在存在感兴趣的信号时才做出响应,并把信号捕获到内存中,实现全面的分析能力。
应该指出,扫频分析仪并没有淘汰。在提供稳定的输入信号时,它仍适合用于要求最大动态范围和噪声性能的关键实验室测量。VSA仍在纯调制分析应用中占有一席之地。尽管实时频谱分析仪有时可以代替扫频分析仪或VSA,但预计在许多应用中双方将共存及互补。如在没有变化的测试信号中,扫频分析仪可以检定频域性能或RF发射机、RF放大器、合成器等的稳定状态。另一方面,本身具有动态特点的现象(如干扰)、EMI问题、复杂的信号调制、动态网络事件等(如切换),要求实时采集。只有实时频谱分析仪才能触发、捕获和分析这些信号包含的快速变化事件或间歇性事件。
实时采集的最大优点在于,它能够支持分析工具,通知设计流程,加快评估和一致性测试程序。例如,频谱图工具从功率和频率角度描述信号特点,并把一系列跨度连接起来,生成频率与时间关系图和频谱图。实时频谱分析仪中存储的海量信息使得显示频谱图成为可能。通过查看频谱图,工程师可以简便地辨别在锁相环(PLL)稳定时间过程中发生的频率移动,或在没有损害的信号活动中发生的突发干扰。同时仍可以使用频谱图中的各个跨度,在相关的时域、频域和调制域显示窗口中更紧密地查看信号。这样,用户可以在频谱图上查看明显问题,然后可以通过相关多域视图,分析该事件的详细信息。
泰克实时频谱分析仪系列
十几年来,泰克不断推出实时频谱分析仪,可以迅速应对当前的RF设计挑战,泰克已在两大系列实时频谱分析仪中采用了这种创新技术,以满足工程师的特定需求。
泰克全新的RSA系列实时频谱分析仪通过触发扫频分析仪和矢量信号分析仪看不到的事件,无缝地捕获和存储信号活动记录,并通过时间相关的多域可视画面进行深入分析和检修问题,满足了随时间变化的、瞬变的RF信号监测要求。分析仪为开发尖端射频(RF)技术的工程师提供了第一个完整的测量套件,包括RF标识 (ID)标记应用到完善的雷达应用。新推出的泰克RSA2200A和RSA3300A系列是为通用RF应用而优化的,包括频谱监测应用和元器件评估应用。 RSA3300A系列的频率模板触发器可以触发干扰信号,无缝地捕获记录,包含触发前、触发中、触发后事件,进一步分析各期的信号特点。
泰克WCA200A和WCA300A系列也能够用于实时频谱分析技术和功能中,它们针对的是无线通信应用,包括移动通信标准使用的强大的自动调制分析功能,涵盖GSM、EDGE、W-CDMA等等。这一平台在2003年1月问世,已经被许多有影响的客户所采用,如中国大唐移动设备公司,该公司将使用 WCA200A,帮助开发3G用户设备。
泰克在测试测量中拥有50多年的专业经验,是示波器、逻辑分析仪、网络监测和协议测试及视频测量中的市场和技术领先者。泰克利用这些领域中的底层技术,为开发前景光明的新的测量产品提供支持。实时频谱分析仪系列基于泰克在采集、数字信号处理、触发和显示/分析中经过验证的核心能力,满足了没有满足的、不断增长的需求。其结果是演变的频谱分析仪产品类别:为触发、捕获和分析时间变化的、不可预测的信号专门设计的实时频谱分析仪。