安捷倫高性能PXA信號分析儀新增實時頻譜分析功能

在航空航天、國防和無線通信等領域中，不斷涌現出來的諸多挑戰(zhàn)致使系統表征和故障診斷變得更加困難。以雷達和電子戰(zhàn)(EW)系統為例，這些系統正變得動態(tài)范圍更大，運動速度更快，覆蓋戰(zhàn)場上的更大空間。這種多制式、高速率通信系統的擴展提升了互操作性問題的出現概率。

隨著信號變得更加復雜和靈敏，無間隙測量技術——實時頻譜分析和時間捕獲——逐步獲得主流應用的認可。Agilent PXA 信號分析儀更進一步將這些新增功能集成到傳統信號分析儀，使用戶不必購買專用或單用途儀器。(圖 1)

圖 1. 實時 PXA 是一款經濟高效的解決方案，可以借助傳統的掃描分析來識別雜散信號，切換至實時模式以觀測脈沖雜散信號。

安捷倫實時頻譜分析(RTSA)作為新型和現有 PXA 的升級選件，使得 PXA 成為業(yè)界首款支持在購買后添加實時分析功能的傳統信號分析儀。使得用戶可以新實時頻譜儀十分之一的價格用用實時功能。

RTSA 支持用戶在實驗室工作臺或現場中查看、捕獲和認知難以捕捉的信號。為進行更深入的分析，用戶可以搭配使用實時 PXA 與 Agilent 89600 VSA 軟件，對復雜的調制信號進行全面表征。

實時分析定義

盡管不同用戶對“實時分析”的理解不同，但它包含一個一致的核心概念：對于擁有數字中頻(IF)部分的頻譜或信號分析儀，針對某個測量結果或觸發(fā)操作而言，實時操作將對全部信號的采樣進行處理。(圖 2)多數情況下，相對于傳統的頻譜測量結果，測量結果屬于標量(例如功率或幅度)。

圖 2：實時操作存在于當計算速度足夠快且能夠對采樣數據進行無間隙分析時。在本例中，CALC 操作包括快速傅立葉變換(FFT)計算或功率譜計算，以及平均值計算、顯示更新等。

除了無間隙分析之外，實時射頻分析儀還具備四個關鍵屬性：高速測量、穩(wěn)定的測量速度、先進的復合顯示和頻率模板觸發(fā)(FMT)。

通常，實時處理過程中的頻譜流被用于下述兩種用途：頻譜可與復合頻譜顯示結合，或與一個限制模板進行比較，以實施頻率模板測試FMT。配有選件 RTSA 的實時 PXA 同時支持這兩種功能。

使用 PXA 執(zhí)行實時頻譜分析

和專用實時頻譜分析儀一樣，實時 PXA 使用 ASIC 和 FPGA 將采樣信號數據轉換為信號頻譜，速度接近 300,000 頻譜/秒。頻譜數據被整合用于構建信息詳盡的顯示，例如密度或直方圖?；蛘?，根據限制條件和邏輯標準對頻譜流依次順數進行測試，以生成針對特定頻譜和特定行為的頻率模板觸發(fā)。

為增強實時頻譜分析的性能，安捷倫設計團隊專注于四個關鍵方面：帶寬、動態(tài)范圍、截獲概率(POI)和集成分析能力。

帶寬

因為被分析的信號帶寬和頻帶寬度越來越高，用戶有必要使用更高的帶寬。配有 RTSA 的 PXA 可為實時測量提供高達 160 MHz 的分析帶寬，足以應對當前的寬帶信號和信號環(huán)境。無間隙帶寬不僅適用于實時頻譜分析，而且還適用于 FMT、無間隙時間捕捉以及中頻觸發(fā)的實時幅度計算。

另一個關鍵點是：實時 PXA 不同于部分類似產品，它始終能夠在高達 160 MHz 的帶寬范圍內收集無間隙數據。實時模式始終可以捕獲間歇信號或快速變化的信號的細節(jié)，用戶對這一點充滿信心。

動態(tài)范圍

實時 PXA 可在 160 MHz 帶寬范圍內提供高達 -75 dB 的無雜散動態(tài)范圍，當存在大信號時，支持用戶對小型的快速偶發(fā)信號進行檢測。動態(tài)范圍通過 PXA 的低本底噪聲而得到增強，在處理極小信號時，還可通過添加“低噪聲路徑”選件(在處理高電平信號的同時還能改進靈敏度)得到進一步加強。在所有情況下，PXA 的低本底噪聲會增強區(qū)分小信號和噪聲的能力。

截獲概率

POI 是實時頻譜分析的關鍵基準。實時 PXA 能夠檢測低至 5.0 ns 的信號，保證100%截獲概率時(全幅度精度)可檢測低至 3.57 µs 的信號。無間隙分析只是 POI 的其中一部分，影響儀器分析性能的其它因素包括分析儀和處理器動態(tài)范圍(包含靈敏度)、采樣帶寬、處理的連續(xù)性和 FFT 重疊處理(用于窗功能形狀補償)。

集成分析能力

在某些情況下，只需找出偶發(fā)信號就夠了：例如只需知道某個信號存在，或者只需找到大致頻譜形狀，就足夠解答某些疑問、確認問題或建議解決方案了。在其它情況下，找出偶發(fā)信號只是解決系統或信號環(huán)境中問題的第一步。

結合使用 VSA 軟件和實時 PXA，可對在實時模式中采集的信號進行全面分析與解調。此外，實時 FMT 可將VSA全部的測量功能——包括解調和時間捕獲(圖 3)聚焦于難以捕捉的信號上。在對信號源(例如壓控振蕩器 VCO)當中的調制瞬態(tài)信號、跳頻信號、頻率穩(wěn)定過程、無意瞬態(tài)信號進行測量時，上述功能尤為適用。

圖 3. FMT 可用于實時捕獲瞬時事件。矢量信號分析提供多種視圖，顯示時間選通頻譜(頂部)等細節(jié)，并同時顯示功率包絡(藍色)和時間波形(綠色)。

充分利用在實時模式中采集的信號

您需要額外關注兩個功能：直方圖/密度顯示和頻率模板觸發(fā)。

直方圖或密度顯示

實時頻譜分析儀每秒鐘可以生成數千個頻譜，以便捕獲捷變頻信號或轉瞬即逝的信號的動態(tài)。這種高速信號超出了人眼的分辨能力范圍，因而有必要通過單個顯示軌跡來顯示海量的測量數據。實時 PXA 每秒鐘可生成將近 300,000 個頻譜。然而，大多數人只能看到 30 個頻譜。為了更好地觀察實時測量結果，每種顯示更新都應當顯示大約 10,000 個結果。