摘要：通信技術的不斷發(fā)展，使得產(chǎn)品自身愈來愈復雜，而所需要完成的測試工作也成倍增加。通過使用實時頻譜分析儀R&S?FSVR，用戶可以在頻域進行方便而全面的信號調測，及時發(fā)現(xiàn)問題。
1 引言
頻譜分析儀是檢測發(fā)射機發(fā)射信號質量通常使用的檢測設備，射頻工程師通過檢測結果來判斷射頻信號是否滿足產(chǎn)品要求。但如果射頻工程師想要觀測射頻切換過程中頻譜是如何變化的或者產(chǎn)品的數(shù)字信號對于射頻信號的干擾，傳統(tǒng)的頻譜分析儀就顯得無能為力。傳統(tǒng)頻譜分析儀采用外差式的工作方式，通過適當?shù)恼{整自身本振的調諧范圍(本振掃描)，將給定范圍內(nèi)的頻譜，進行逐點頻率下變頻至統(tǒng)一中頻進行信號檢測，再將信號測量結果進行拼接顯示，就得到頻譜測量的結果，因為采用本振掃描方式，傳統(tǒng)的頻譜儀也稱作外差式掃描頻譜儀。這樣做的優(yōu)勢在于簡化中頻以及數(shù)字處理后端處理過程，但局限性是不同頻率點的數(shù)據(jù)并不是在同一時刻采樣得到，信號結果為分時采集拼接而成。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)生了通常說所的‘測試盲區(qū)’問題。也就是如果測試信號如果存在某些瞬態(tài)變換或者存在極短時間的干擾信號，使用外差式頻譜分析儀進行測試有很大的可能性會漏掉信號。而在數(shù)字硬件工程師通常進行數(shù)字電路信號的檢測，所用的測量儀器示波器也存在“盲區(qū)”的問題，但示波器通過在數(shù)據(jù)采集過程中提供豐富的觸發(fā)功能，使得工程師可以觀測器感興趣的信號區(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的瞬態(tài)變化情況呢？
羅德與施瓦茨公司推出的R&S?FSVR實時頻譜分析儀，在保留傳統(tǒng)外差式頻譜分析功能的基礎上，通過在數(shù)字后端增加實時處理硬件模塊，在中頻進行無縫采集最高40MHz帶寬內(nèi)的時域信號，再通過傅立葉變換將信號實時轉換至頻域，提供信號的實時頻譜多種測量結果，配合可以靈活配置的頻率觸發(fā)模板功能(見圖1)。射頻測試工程師使用R&S?FSVR既可以進行常規(guī)射頻指標的檢定，又可以進行干擾信號的查找工作。
圖1 R&S?FSVR實時頻譜分析儀，提供7/13/30/40GHz 4個版本
2 駐留頻譜模式顯示信號發(fā)生概率
駐留頻譜模式是觀察瞬態(tài)信號的有效手段，R&S?FSVR將無縫頻譜進行疊加，取決于特定幅度的特殊信號發(fā)生頻率，R&S?FSVR將改變對應像素點的顯示顏色。例如，連續(xù)信號以紅色顯示，而非周期性短促信號以藍色顯示。如果特定信號停止發(fā)生，在設定的駐留時間到達后信號將在顯示結果中消失。駐留模式提供此類型的頻譜直方圖，是檢測信號隨時間變化的有效工具。例如，工程師能夠對鎖相環(huán)的快速瞬態(tài)反映進行分析，所有頻率和幅度發(fā)生的變化，以及概率權重，提供一個完全全新的系統(tǒng)頻域動態(tài)變化印象。用戶可以觀測到發(fā)射機是否存在快速頻率跳變或者幅度是否在一段時間周期內(nèi)發(fā)生明顯變化。諸如此類的作用會明顯的影響整個系統(tǒng)，但使用外差式掃描頻譜儀很難檢測到。
圖2顯示典型的測量，分析儀捕捉和顯示每一個短促信號，提供了在特定頻域中頻率和幅度隨時間變化的完整圖樣。此種測試模式可以區(qū)分存在不同頻率電平概率，因調制方式或者符號速率不同的疊加信號(見圖3)。
圖2 使用駐留模式測量VCO的瞬態(tài)響應
圖3 駐留模式測量藍牙信號及干擾信號結果
3 瀑布圖功能無縫記錄頻譜
R&S?FSVR使用瀑布圖功能精確記錄時間變化，使用顏色指示信號幅度，使得頻譜通過單一的水平線進行顯示(見圖4)。瀑布圖由連續(xù)的水平線銜接組成。在實時模式下，R&S?FSVR每秒捕獲和記錄高達10000次的跡線，并存入一環(huán)形緩沖區(qū)。分析儀使用檢測機制減少數(shù)據(jù)的顯示。環(huán)形緩沖區(qū)可以存儲高達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)測量周期長達5h。
圖4 機場雷達信號。瀑布圖顯示脈沖信號構成及其重復頻率
分析儀提供標記功能，用戶可以在時間軸或者頻率軸上進行移動，可以測量事件周期或者時間間隔。比如，可以很容易地對頻帶進行無縫檢測，檢測到非周期的干擾信號，R&S?FSVR同樣對變頻條件下的無線傳輸檢測很有用；比如RFID和Bluetooth應用，可以跟蹤頻率跳變和發(fā)射機的特性，簡單而迅速地尋找發(fā)射機頻率切換時偶發(fā)錯誤或者內(nèi)部數(shù)字電路的干擾信號。
4 信號頻譜事件觸發(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觸發(fā)。頻譜觸發(fā)模板對于特定的頻域事件進行響應。R&S?FSVR檢測每個單一的頻譜結果，每秒最高250000次，根據(jù)頻譜觸發(fā)模板定義比較每個頻譜的變化，如果測量跡線超出模板定義范圍，R&S?FSVR產(chǎn)生一個觸發(fā)事件，顯示當前頻譜并且記錄當前數(shù)據(jù)以供進一步處理。在測試應用中，發(fā)射機頻率切換時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，其他的測量儀表可以在此觸發(fā)下進行準確的測量分析。比如在R&S?FSVR的模擬調制分析選件和數(shù)字調制分析選件中觸發(fā)功能均可以調用頻譜觸發(fā)模板功能，允許用戶可以對特定煩擾信號進行進一步的解調分析，確定干擾信號來源。
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，也可以使用自動生成功能。清晰的結構列表和圖形顯示使得用戶可以面對不同的測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支持。多種的觸發(fā)條件定義對于用戶進行多種條件下的信號監(jiān)測也十分有用。
圖5 頻譜觸發(fā)模板設置界面
5 全面的信號與頻譜分析儀
R&S?FSVR除了實時頻譜分析儀模式，同時也支持外差掃描頻譜模式以及信號分析模式。秉承所有羅德與施瓦茨公司的頻譜儀特質，R&S?FSVR提供良好的射頻性能和許多標準配置的特殊測量功能。包括相鄰信道功率，頻譜發(fā)射模板，交調，CCDF和雜散測試。配置R&S?FSV-K9選件，R&S?NRP功率探頭可以與實時頻譜儀連接進行功率測量，而無需再使用額外的功率計主機。為了擴展其測量功能，可以選擇配置R&S?FSVR功能選件，包括相位噪聲測量(R&S?FSV-K40)，噪聲系數(shù)測量(R&S?FSV-K30)，模擬調制分析選件(R&S?FSV-K7)和數(shù)字調制分析儀選件(R&S?FSV-K70)，以及數(shù)字標準信號分析選件：GSM / EDGE / EDGE Evolution；WCDMA；TD-SCDMA cdma2000；WLAN 802.11 a/b/g/n；WiMAX；LTE(TDD/FDD)。
6 結束語
R&S?FSVR是實時頻譜分析儀、傳統(tǒng)頻譜分析儀和全功能信號分析儀的充分結合。其全面而容易操作的實時頻譜功能向用戶提供全新而有力的分析工具。結合傳統(tǒng)的頻譜和信號分析功能，統(tǒng)一的界面，簡單的操作，必將助力測量人員進行全面而高效的測量工作。
