扫频式频谱仪、矢量信号分析仪、实时频谱分析仪在处理RF信号时的优缺点比较

agitek123 · 发表于 2020-3-12 10:27

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频谱分析仪是射频微波设计和测试工作中的常用仪器，它能够帮助电子工程师完成频谱观测、功率测量以及复杂信号解调分析等工作。

传统上一般将频谱仪分为三类：扫频式频谱仪，矢量信号分析仪和实时频谱分析仪。实时频谱分析仪是随着现代FPGA技术发展起来的一种新式频谱分析仪，与传统频谱仪相比，它的最大特点在于在信号处理过程中能够完全利用所采集的时域采样点，从而实现无缝的频谱测量及触发。由于实时频谱仪具备无缝处理能力，使得它在频谱监测，研发诊断以及雷达系统设计中有着广泛的应用。

今天简单分享一下在检测和检定RF信号时，为何不能使用扫频分析仪（SA）和矢量信号分析仪（VSA），而必须选择实时频谱分析仪。

扫频分析仪

扫频分析仪最初是使用纯模拟器件构建的，之后一直随着其服务的应用不断发展。当前一代扫频分析仪包括各种数字单元，如 ADC、DSP 和微处理器。但基本扫描方法在很大程度上保持不变，最适合观测受控的静态信号。扫频分析仪通过把关心的信号向下变频，并扫描通过解析带宽(RBW)滤波器的传输频带，来测量功率随频率变化。RBW 滤波器后面跟有一个检测器，检测器计算选择的频宽内每个频率点的幅度。

尽管这种方法可以提供很高的动态范围，但是它要求输入信号相对稳定及不变，一次只能计算一个频率点的幅度数据。如果信号迅速变化，那么在统计上可能会漏掉变化。扫频分析仪结构没有提供一种可靠的方式，发现这类瞬态信号的存在，因此调试许多现代RF信号要求非常长的时间和大量的工作。除漏掉瞬时信号外，现代通信和雷达中使用的脉冲信号的频谱还可能会被错误地表示。如果不进行重复扫描，那么扫频分析仪结构不能表示脉冲占用的频谱。

矢量信号分析仪

分析传送信号的数字调制要求进行矢量测量，以同时提供幅度信息和相位信息。VSA 数字化仪器传输频带内部的所有RF功率，把数字化的波形放到存储器中。存储器中的波形同时包含幅度信息和相位信息，DSP可以使用这些信息进行解调、测量或显示处理。

尽管 VSA 增加了在存储器中存储波形的功能，但其分析瞬态事件的能力有限。在典型的 VSA 自由运行模式下，采集的信号必须存储在存储器中，然后才能进行处理。这种批处理的串行特点意味着仪器对采集之间发生的事件是看不见的。

实时频谱分析仪

实时分析信号意味着必须以足够快的速度执行分析操作，以准确地处理关心的频段中的所有信号成分。

实时频谱分析仪(RSA)旨在解决瞬时动态 RF信号有关的测量挑战。RSA 使用实时数字信号处理(DSP)执行信号分析，DSP在存储器存储之前完成。实时处理允许用户发现其它结构看不到的事件，并触发这些事件，可以选择性把事件捕获到存储器中。然后可以使用批处理在多个域中全面分析存储器内的数据。另外还可以使用实时DSP 引擎，执行信号调节、校准和某些类型的分析。

RSA的核心是实时处理模块，实时引擎工作速度足够快，可以处理每个样点，而不会有空白。可以连续应用幅度和相位校正，补偿模拟IF和RF响应。不仅可以全面校正存储器中存储的数据，还可以执行所有后续实时处理，在校正的数据上操作。

实时引擎还支持RF分析需求的下述功能：

◆ 实时校正，改善模拟信号路径

◆ DPX® 实时 RF 显示，可以发现扫频分析仪和VSA漏掉的事件

◆ 信号发生的持续性确定的DPX Density测量和触发

◆ 高级时间判定触发，如欠幅脉冲触发，通用在高性能示波器中提供

◆ 频域触发，支持频率模板触发(FMT)

◆ 触发用户指定带宽，支持滤波功率触发

◆ 实时解调，允许用户“收听”繁忙频段中的特定信号

◆ 数字化数据的数字IQ流，允许不间断地输出信号，进行外部存储和处理