是德頻譜分析儀無線應用中進行實時測量
無線應用中最常見的實時(無間隙)分析類型是連續的功率頻譜測量和時間捕獲,并可在回放捕獲結果時進行靈活的后期處理。連續頻譜測量是實時頻譜分析儀(RTSA)的特殊功能,而捕獲/回放操作通常是由矢量信號分析儀(VSA)完成。RTSA 的連續功率頻譜測量一般有兩種方式:
生成密度或頻譜圖等頻譜顯示
根據模板測試頻譜結果,生成頻率模板觸發
另外一種非常重要但較不起眼的測量是實時標量測量,它測量的是瞬時通道振幅或幅度,其中的“通道”由分析儀的數字化掃寬定義。幅度測量以兩種方式提供。Keysight RTSA 提供功率與時間(PVT)測量,而 Keysight VSA 提供基于幅度的無間隙觸發功能,并以幅度跡線顯示測量結果
如前所述,Keysight PXA 和 MXA X 系列射頻分析儀使用相同的硬件平臺,能夠執行 RTSA、矢量信號分析和傳統的掃描頻譜分析。
所有這些測量在無線應用中是非常有用的,我們將會在接下來的章節中說明。表 1 匯總介紹了各種類型的工具,以及它們在無線應用中進行實時分析的優勢和限制。

顯示捷變信號和復雜的信號環境隨著信號越來越捷變、信號環境日益復雜,在單個屏幕上顯示大量測量數據也變得越來越實用。在現代射頻應用中,最常見的實時測量結果可以用密度、直方圖或累積的歷史跡線或頻譜圖描述。
新的顯示充分利用了 RTSA 的高速數字信號處理能力,每秒鐘生成數千個頻譜 — 遠遠超過了肉眼所能分辨的數目。在此情況下,可通過收集統計數據和顯示特殊測量值(例如在特定頻率上的特定幅度)出現的頻次,得到信息量最大的顯示界面。圖 1 顯示了一個結果實例

測量結果直方圖(圖 1)是經過強化的頻譜測量結果,可顯示發生頻次。它不只是一個可視化工具,還可量化測量發生頻次(通常用 % 表示),并通過游標讀取在任意頻率/ 幅度點上發生的頻次。這些顯示界面使用顏色或跡線亮度進行編碼,并可添加余輝 功能,使顯示的舊數據逐漸變暗,讓用戶集中注意力查看較新的事件。工程師能夠查看并關注偶發事件或瞬態,并把它們與其他特性區分開來。通過改變余輝和顏色加權值或方案,可以將特定特性突出顯示出來,從而快速和全面地評測頻段的頻譜占用率。
借助 RTSA 的快速、無間隙處理能力,從密度或直方圖顯示界面也能輕松地找出罕見 或意外的信號或信號特性。盡管單個顯示界面能夠揭示具有超低占空比的信號,但它無法揭示信號計時或特定的信號特性。當信號計時十分重要時,密度顯示界面的頻率 (顏色)編碼可以轉換為頻譜圖顯示界面的時間編碼(Y 軸)。在 RTSA 中,頻譜圖顯示界面由垂直層疊的跡線組成,每個跡線都是一條直線,表示一次頻譜顯示更新。每個跡線或頻譜顯示更新線的信號功率與頻率關系都已編碼或映射到顏色。圖 2 清晰地顯示了信號功率譜與時間的關系。

清晰了解信號特性和信號環境,對許多無線應用都有好處。密度和頻譜圖測量組合可提供完整的視圖。大多數頻譜圖可與直線或“切片”游標功能搭配使用,該游標功能通過水平顯示線來選擇頻譜圖緩沖區內的單個跡線,并顯示特定時間點的頻譜。注意:每個譜線通常表示多個乃至成千上萬個頻譜結果。在 Keysight PXA 和 MXA 信號分析儀中,默認設置是大約 300,000 個頻譜/秒除以 30 ms 顯示更新速率,即每個譜線上產生大約 10,000 個頻譜。根據分析儀的顯示檢波器設置(一般是峰值或平均值),把單個頻譜編譯到一個顯示更新或譜線中。
VSA 中創建頻譜圖顯示界面的方式略有不同,特別是在時間捕獲/回放操作方面。本文稍后將舉例進行對比。
通過觸發查找特定信號或信號特性
經過 RTSA 處理得到的高速無間隙頻譜結果還有另一個用途,即基于頻譜的觸發或頻率模板觸發。具有 RTSA 功能的 PXA 或 MXA 分析儀擁有大約 300,000 個頻譜/秒的顯示更新速率,并將計算出的頻譜結果與上限、下限或上/下限模板進行比較,根據結果觸發一次測量結果顯示。頻譜測試還受到邏輯條件的影響,例如要求信號離開并重新進入模板,以產生一次觸發。
頻率模板觸發的直接用途是在頻譜環境中重點對特定信號進行測量。相比之下,射頻幅度觸發可在多種情況下應用,用于測量脈沖或猝發信號(稍后闡述);不過,幅度法 僅對總體射頻測量功率有響應,對單個信號沒有響應。如果指定的觸發信號不是最大 信號,或者與最大信號沒有時間關聯(允許幅度觸發使用時延),那么幅度觸發可能不適用。圖 3 中,我們隔離出了特定頻率的藍牙猝發,并在包含更寬、更大的無線 LAN 信號的環境中進行測量。

頻率模板觸發特別適用于擁擠和動態變化的頻譜環境,尤其是有問題的信號或信號特性非常罕見和難以預測的情況。在這些情況下,使用 VSA 時間捕獲和后期處理等方法并不實用,因為 VSA 很難通過一次特殊捕獲便捕獲到指定信號,并且審查大量捕獲數據需要耗費很長時間。
頻率模板觸發功能充分利用 RTSA 的處理能力,可以查看特定信號或頻譜特征,連續數分鐘、數小時或更長時間地評測信號。在無線應用中,這種功能有助于檢測問題,例如瞬態干擾、合成器穩定性或鎖定問題、頻率轉換誤差和幅度不穩定性。例如,您可以輕松配置頻率模板觸發,以檢測發射機、接收機或其元器件和子系統中的顫噪效應。
89600 VSA 軟件也充分利用了 RTSA 的頻率模板觸發功能,啟動各種單次采集測量或時間捕獲操作。頻率模板觸發可通過 VSA 軟件來配置,包括觸發前時延和觸發后時延。使用觸發前時延,可以在觸發事件之前用戶選定的時間內獲得數據和測量結果。這樣有助于在無線應用中了解信號或系統問題以及異常特性的根源。
讓測量結果與猝發保持一致
信號分析儀有時還可以與 89600 VSA 軟件結合使用,提供一種更簡單的實時模式(不依賴 RTSA 功能):中頻幅度觸發。信號分析儀平臺中的專用硬件和固化軟件可以實時計算每個 I/Q 樣本的信號幅度(即測量掃寬內的總信號)。觸發電平和極性是可調的,而且觸發釋抑功能十分靈活,觸發前和觸發后時延也是可調的。這為無線工程師提供了一個強大的觸發功能,它不僅非常適合常見的脈沖信號和猝發信號,還可用于故障診斷任務,確保分析儀正常工作。
由于幅度觸發是逐個樣本進行評測的,而頻率模板觸發是對每個時間記錄或 FFT 頻譜計算結果進行一次性評測,兩者相比,中頻幅度觸發更具優勢。幅度觸發在時間上可以精準地與脈沖、猝發或電平變化保持一致,從而更輕松地進行矢量或解調測量,避免在某些解調操作中進行脈沖或同步搜索。
中頻幅度觸發的時間校準還允許使用時域或矢量平均方法。在時間平均法中,在執行頻譜、矢量或解調分析之前,需要采集信號的連續樣本塊(時間記錄)并求平均值。這樣可以顯著降低噪聲對任何測量類型的影響,而頻率模板觸發無法做到這一點。
與頻率模板觸發一樣,中頻幅度觸發可用于觸發單獨測量,或啟動時間捕獲,然后進行后期處理(本文稍后說明)。觸發前/觸發后時延和釋抑功能以相同方式執行,無論采集是單次進行、多次進行還是時間捕獲的。
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