信號完整性分析：無線信號(三)掃描頻譜分析儀

作者：時間：2009-09-08 來源：網絡

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《信號完整性 - 工程師的同伴》一書的第10章討論了在現(xiàn)代無線環(huán)境中的無線信號測量和可能有些激進的信號分析的新技術。第二部分覆蓋了頻率測量。

傳統(tǒng)架構的掃描式、超外差頻譜分析儀在幾十年前讓工程師們首次能夠對頻域進行測量。曾經的掃描頻譜分析儀(SA)采用純粹的模擬器件打早，并迅速取得了成就。目前的新一代掃描頻譜分析儀采用了高性能的數(shù)字基礎架構，包括ADC，數(shù)字信號處理器(DSP)，和微控制器。然而，掃描原理的基礎是相同的，而且該儀器保持了其作為基礎的RF信號測量工具的地位。新一代SA的突出優(yōu)點是具備優(yōu)秀的動態(tài)范圍，因此能捕獲和探測一個寬范圍的RF信號。

通過將信號需要的頻點進行下變頻并通過RBW濾波器在帶寬范圍內進行掃描，功率-頻率的測量就可以實現(xiàn)了。RBW濾波器后面跟一個檢波器用于計算通帶內每個頻點的幅度值，如圖10-3所示。

圖10-3

圖10-3顯示了頻率分辨率和時間之間平衡的測試。本地振蕩器提供一個“掃描”的頻率到混頻器，每次掃描在混頻器輸出提供一個不同的頻率和其對應的數(shù)值。分辨率濾波器被設定在一個用戶可選的頻率范圍，也就是分辨率帶寬(RBW)。濾波器帶寬越窄，測量儀器的分辨率就越高，對儀器噪聲的排除也越好。RBW濾波器的后面跟上一個檢測器，來測量瞬時每個頻率數(shù)值的頻率功率大小。因為這種方法可以提供較高的動態(tài)范圍，它的主要優(yōu)點是可以計算某個時間點一個頻點的幅度值。如果RBW濾波器被設計得太窄，對RF輸入完成一次掃描時間會花費較長，從而輸入的RF信號的一些變化就探測不出來。在一段頻域或幾個通帶內掃描會花費相當多的時間，該測試技術的前提是假設在進行多次掃描的這段測試時間內信號不會有顯著的變化，因此，一個相對穩(wěn)定的、不變的輸入信號是必須的。如果信號頻繁的改變，也許就得不出結果。

比如說，圖10-4的左面的圖顯示了一個RBW邏輯分析儀測試的結果，頻率最開始是Fa，而在一瞬間頻率變成了Fb。當掃描到達Fb時，信號已經消失且測不到了，所以RBW頻譜分析儀的掃描沒法在Fb時提供觸發(fā)，因而沒能存儲一個時間段內全面的信號情況。這是一個頻率分辨率和測試時間之間平衡的經典的例子，也是RBW頻譜分析儀的致命弱點(Achilles' heel)。

圖10-4

然而，最新的掃描頻譜分析儀比以往傳統(tǒng)的基于模擬處理的設備要快的多，圖10-5顯示了一款現(xiàn)代的優(yōu)秀掃描頻譜分析儀的架構。傳統(tǒng)模擬RBW濾波器得到了數(shù)字增強，以促進快速和精確的窄帶濾波。然而，ADC之前的濾波器、混頻器和放大器都是進行模擬處理，特別是，需要考慮ADC中的非線性和噪聲。因此模擬頻譜分析儀還有一席之地，它可以避免上述問題。