全新實(shí)時(shí)頻譜分析儀R&S?FSVR[圖]

摘要：通信技術(shù)的不斷發(fā)展，使得產(chǎn)品自身愈來(lái)愈復(fù)雜，而所需要完成的測(cè)試工作也成倍增加。通過(guò)使用實(shí)時(shí)頻譜分析儀R&S?FSVR，用戶可以在頻域進(jìn)行方便而全面的信號(hào)調(diào)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

1 引言

頻譜分析儀是檢測(cè)發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)質(zhì)量通常使用的檢測(cè)設(shè)備，射頻工程師通過(guò)檢測(cè)結(jié)果來(lái)判斷射頻信號(hào)是否滿足產(chǎn)品要求。但如果射頻工程師想要觀測(cè)射頻切換過(guò)程中頻譜是如何變化的或者產(chǎn)品的數(shù)字信號(hào)對(duì)于射頻信號(hào)的干擾，傳統(tǒng)的頻譜分析儀就顯得無(wú)能為力。傳統(tǒng)頻譜分析儀采用外差式的工作方式，通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整自身本振的調(diào)諧范圍(本振掃描)，將給定范圍內(nèi)的頻譜，進(jìn)行逐點(diǎn)頻率下變頻至統(tǒng)一中頻進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，再將信號(hào)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行拼接顯示，就得到頻譜測(cè)量的結(jié)果，因?yàn)椴捎帽菊駫呙璺绞�，傳統(tǒng)的頻譜儀也稱作外差式掃描頻譜儀。這樣做的優(yōu)勢(shì)在于簡(jiǎn)化中頻以及數(shù)字處理后端處理過(guò)程，但局限性是不同頻率點(diǎn)的數(shù)據(jù)并不是在同一時(shí)刻采樣得到，信號(hào)結(jié)果為分時(shí)采集拼接而成。而通常情況下其數(shù)據(jù)采集速度要快于數(shù)字后端的處理速度，頻譜儀通常使用‘拋棄’其中一段數(shù)據(jù)的方式，使得數(shù)據(jù)處理速率匹配。這就產(chǎn)生了通常說(shuō)所的‘測(cè)試盲區(qū)’問(wèn)題。也就是如果測(cè)試信號(hào)如果存在某些瞬態(tài)變換或者存在極短時(shí)間的干擾信號(hào)，使用外差式頻譜分析儀進(jìn)行測(cè)試有很大的可能性會(huì)漏掉信號(hào)。而在數(shù)字硬件工程師通常進(jìn)行數(shù)字電路信號(hào)的檢測(cè)，所用的測(cè)量?jī)x器示波器也存在“盲區(qū)”的問(wèn)題，但示波器通過(guò)在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中提供豐富的觸發(fā)功能，使得工程師可以觀測(cè)器感興趣的信號(hào)區(qū)段。射頻工程師是否可以像數(shù)字工程師使用示波器那樣去使用頻譜儀去觀察頻譜信號(hào)的瞬態(tài)變化情況呢？

羅德與施瓦茨公司推出的R&S?FSVR實(shí)時(shí)頻譜分析儀，在保留傳統(tǒng)外差式頻譜分析功能的基礎(chǔ)上，通過(guò)在數(shù)字后端增加實(shí)時(shí)處理硬件模塊，在中頻進(jìn)行無(wú)縫采集最高40MHz帶寬內(nèi)的時(shí)域信號(hào)，再通過(guò)傅立葉變換將信號(hào)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換至頻域，提供信號(hào)的實(shí)時(shí)頻譜多種測(cè)量結(jié)果，配合可以靈活配置的頻率觸發(fā)模板功能(見(jiàn)圖1)。射頻測(cè)試工程師使用R&S?FSVR既可以進(jìn)行常規(guī)射頻指標(biāo)的檢定，又可以進(jìn)行干擾信號(hào)的查找工作。

     圖1 R&S?FSVR實(shí)時(shí)頻譜分析儀，提供7/13/30/40GHz 4個(gè)版本

2 駐留頻譜模式顯示信號(hào)發(fā)生概率

駐留頻譜模式是觀察瞬態(tài)信號(hào)的有效手段，R&S?FSVR將無(wú)縫頻譜進(jìn)行疊加，取決于特定幅度的特殊信號(hào)發(fā)生頻率，R&S?FSVR將改變對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的顯示顏色。例如，連續(xù)信號(hào)以紅色顯示，而非周期性短促信號(hào)以藍(lán)色顯示。如果特定信號(hào)停止發(fā)生，在設(shè)定的駐留時(shí)間到達(dá)后信號(hào)將在顯示結(jié)果中消失。駐留模式提供此類型的頻譜直方圖，是檢測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的有效工具。例如，工程師能夠?qū)︽i相環(huán)的快速瞬態(tài)反映進(jìn)行分析，所有頻率和幅度發(fā)生的變化，以及概率權(quán)重，提供一個(gè)完全全新的系統(tǒng)頻域動(dòng)態(tài)變化印象。用戶可以觀測(cè)到發(fā)射機(jī)是否存在快速頻率跳變或者幅度是否在一段時(shí)間周期內(nèi)發(fā)生明顯變化。諸如此類的作用會(huì)明顯的影響整個(gè)系統(tǒng)，但使用外差式掃描頻譜儀很難檢測(cè)到。

圖2顯示典型的測(cè)量，分析儀捕捉和顯示每一個(gè)短促信號(hào)，提供了在特定頻域中頻率和幅度隨時(shí)間變化的完整圖樣。此種測(cè)試模式可以區(qū)分存在不同頻率電平概率，因調(diào)制方式或者符號(hào)速率不同的疊加信號(hào)(見(jiàn)圖3)。

     圖2 使用駐留模式測(cè)量VCO的瞬態(tài)響應(yīng)

     圖3 駐留模式測(cè)量藍(lán)牙信號(hào)及干擾信號(hào)結(jié)果

3 瀑布圖功能無(wú)縫記錄頻譜

R&S?FSVR使用瀑布圖功能精確記錄時(shí)間變化，使用顏色指示信號(hào)幅度，使得頻譜通過(guò)單一的水平線進(jìn)行顯示(見(jiàn)圖4)。瀑布圖由連續(xù)的水平線銜接組成。在實(shí)時(shí)模式下，R&S?FSVR每秒捕獲和記錄高達(dá)10000次的跡線，并存入一環(huán)形緩沖區(qū)。分析儀使用檢測(cè)機(jī)制減少數(shù)據(jù)的顯示。環(huán)形緩沖區(qū)可以存儲(chǔ)高達(dá)100000跡線。取決于選擇的數(shù)據(jù)更新速率。R&S?FSVR可以連續(xù)測(cè)量周期長(zhǎng)達(dá)5h。

　
     圖4 機(jī)場(chǎng)雷達(dá)信號(hào)。瀑布圖顯示脈沖信號(hào)構(gòu)成及其重復(fù)頻率

分析儀提供標(biāo)記功能，用戶可以在時(shí)間軸或者頻率軸上進(jìn)行移動(dòng)，可以測(cè)量事件周期或者時(shí)間間隔。比如，可以很容易地對(duì)頻帶進(jìn)行無(wú)縫檢測(cè)，檢測(cè)到非周期的干擾信號(hào)，R&S?FSVR同樣對(duì)變頻條件下的無(wú)線傳輸檢測(cè)很有用；比如RFID和Bluetooth應(yīng)用，可以跟蹤頻率跳變和發(fā)射機(jī)的特性，簡(jiǎn)單而迅速地尋找發(fā)射機(jī)頻率切換時(shí)偶發(fā)錯(cuò)誤或者內(nèi)部數(shù)字電路的干擾信號(hào)。

4 信號(hào)頻譜事件觸發(fā)功能

從頻域收集到的信息可以在特定的頻譜范圍定義一個(gè)觸發(fā)。頻譜觸發(fā)模板對(duì)于特定的頻域事件進(jìn)行響應(yīng)。R&S?FSVR檢測(cè)每個(gè)單一的頻譜結(jié)果，每秒最高250000次，根據(jù)頻譜觸發(fā)模板定義比較每個(gè)頻譜的變化，如果測(cè)量跡線超出模板定義范圍，R&S?FSVR產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)事件，顯示當(dāng)前頻譜并且記錄當(dāng)前數(shù)據(jù)以供進(jìn)一步處理。在測(cè)試應(yīng)用中，發(fā)射機(jī)頻率切換時(shí)的影響非常迅速而難以正確捕獲，而使用頻譜觸發(fā)模板的觸發(fā)輸出，其他的測(cè)量?jī)x表可以在此觸發(fā)下進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量分析。比如在R&S?FSVR的模擬調(diào)制分析選件和數(shù)字調(diào)制分析選件中觸發(fā)功能均可以調(diào)用頻譜觸發(fā)模板功能，允許用戶可以對(duì)特定煩擾信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的解調(diào)分析，確定干擾信號(hào)來(lái)源。

使用R&S?FSVR觸摸屏操作可以很容易的自定義頻譜觸發(fā)模板，也可以使用自動(dòng)生成功能。清晰的結(jié)構(gòu)列表和圖形顯示使得用戶可以面對(duì)不同的測(cè)試要求而快速修改模板定義。圖5顯示了頻譜觸發(fā)模板的友好操作界面，限制線上限和下限功能可同時(shí)支持。多種的觸發(fā)條件定義對(duì)于用戶進(jìn)行多種條件下的信號(hào)監(jiān)測(cè)也十分有用。

     圖5 頻譜觸發(fā)模板設(shè)置界面

5 全面的信號(hào)與頻譜分析儀

R&S?FSVR除了實(shí)時(shí)頻譜分析儀模式，同時(shí)也支持外差掃描頻譜模式以及信號(hào)分析模式。秉承所有羅德與施瓦茨公司的頻譜儀特質(zhì)，R&S?FSVR提供良好的射頻性能和許多標(biāo)準(zhǔn)配置的特殊測(cè)量功能。包括相鄰信道功率，頻譜發(fā)射模板，交調(diào)，CCDF和雜散測(cè)試。配置R&S?FSV-K9選件，R&S?NRP功率探頭可以與實(shí)時(shí)頻譜儀連接進(jìn)行功率測(cè)量，而無(wú)需再使用額外的功率計(jì)主機(jī)。為了擴(kuò)展其測(cè)量功能，可以選擇配置R&S?FSVR功能選件，包括相位噪聲測(cè)量(R&S?FSV-K40)，噪聲系數(shù)測(cè)量(R&S?FSV-K30)，模擬調(diào)制分析選件(R&S?FSV-K7)和數(shù)字調(diào)制分析儀選件(R&S?FSV-K70)，以及數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)分析選件：GSM / EDGE / EDGE Evolution；WCDMA；TD-SCDMA cdma2000；WLAN 802.11 a/b/g/n；WiMAX；LTE(TDD/FDD)。

6 結(jié)束語(yǔ)

R&S?FSVR是實(shí)時(shí)頻譜分析儀、傳統(tǒng)頻譜分析儀和全功能信號(hào)分析儀的充分結(jié)合。其全面而容易操作的實(shí)時(shí)頻譜功能向用戶提供全新而有力的分析工具。結(jié)合傳統(tǒng)的頻譜和信號(hào)分析功能，統(tǒng)一的界面，簡(jiǎn)單的操作，必將助力測(cè)量人員進(jìn)行全面而高效的測(cè)量工作。