全新实时频谱分析仪RS?FSVR[图] - 全文

摘要：通信技术的不断发展，使得产品自身愈来愈复杂，而所需要完成的测试工作也成倍增加。通过使用实时频谱分析仪R&S?FSVR，用户可以在频域进行方便而全面的信号调测，及时发现问题。

1 引言

频谱分析仪是检测发射机发射信号质量通常使用的检测设备，射频工程师通过检测结果来判断射频信号是否满足产品要求。但如果射频工程师想要观测射频切换过程中频谱是如何变化的或者产品的数字信号对于射频信号的干扰，传统的频谱分析仪就显得无能为力。传统频谱分析仪采用外差式的工作方式，通过适当的调整自身本振的调谐范围(本振扫描)，将给定范围内的频谱，进行逐点频率下变频至统一中频进行信号检测，再将信号测量结果进行拼接显示，就得到频谱测量的结果，因为采用本振扫描方式，传统的频谱仪也称作外差式扫描频谱仪。这样做的优势在于简化中频以及数字处理后端处理过程，但局限性是不同频率点的数据并不是在同一时刻采样得到，信号结果为分时采集拼接而成。而通常情况下其数据采集速度要快于数字后端的处理速度，频谱仪通常使用‘抛弃’其中一段数据的方式，使得数据处理速率匹配。这就产生了通常说所的‘测试盲区’问题。也就是如果测试信号如果存在某些瞬态变换或者存在极短时间的干扰信号，使用外差式频谱分析仪进行测试有很大的可能性会漏掉信号。而在数字硬件工程师通常进行数字电路信号的检测，所用的测量仪器示波器也存在“盲区”的问题，但示波器通过在数据采集过程中提供丰富的触发功能，使得工程师可以观测器感兴趣的信号区段。射频工程师是否可以像数字工程师使用示波器那样去使用频谱仪去观察频谱信号的瞬态变化情况呢？

罗德与施瓦茨公司推出的R&S?FSVR实时频谱分析仪，在保留传统外差式频谱分析功能的基础上，通过在数字后端增加实时处理硬件模块，在中频进行无缝采集最高40MHz带宽内的时域信号，再通过傅立叶变换将信号实时转换至频域，提供信号的实时频谱多种测量结果，配合可以灵活配置的频率触发模板功能(见图1)。射频测试工程师使用R&S?FSVR既可以进行常规射频指标的检定，又可以进行干扰信号的查找工作。

     图1 R&S?FSVR实时频谱分析仪，提供7/13/30/40GHz 4个版本

2 驻留频谱模式显示信号发生概率

驻留频谱模式是观察瞬态信号的有效手段，R&S?FSVR将无缝频谱进行叠加，取决于特定幅度的特殊信号发生频率，R&S?FSVR将改变对应像素点的显示颜色。例如，连续信号以红色显示，而非周期性短促信号以蓝色显示。如果特定信号停止发生，在设定的驻留时间到达后信号将在显示结果中消失。驻留模式提供此类型的频谱直方图，是检测信号随时间变化的有效工具。例如，工程师能够对锁相环的快速瞬态反映进行分析，所有频率和幅度发生的变化，以及概率权重，提供一个完全全新的系统频域动态变化印象。用户可以观测到发射机是否存在快速频率跳变或者幅度是否在一段时间周期内发生明显变化。诸如此类的作用会明显的影响整个系统，但使用外差式扫描频谱仪很难检测到。

图2显示典型的测量，分析仪捕捉和显示每一个短促信号，提供了在特定频域中频率和幅度随时间变化的完整图样。此种测试模式可以区分存在不同频率电平概率，因调制方式或者符号速率不同的叠加信号(见图3)。

     图2 使用驻留模式测量VCO的瞬态响应

     图3 驻留模式测量蓝牙信号及干扰信号结果

3 瀑布图功能无缝记录频谱

R&S?FSVR使用瀑布图功能精确记录时间变化，使用颜色指示信号幅度，使得频谱通过单一的水平线进行显示(见图4)。瀑布图由连续的水平线衔接组成。在实时模式下，R&S?FSVR每秒捕获和记录高达10000次的迹线，并存入一环形缓冲区。分析仪使用检测机制减少数据的显示。环形缓冲区可以存储高达100000迹线。取决于选择的数据更新速率。R&S?FSVR可以连续测量周期长达5h。

　
     图4 机场雷达信号。瀑布图显示脉冲信号构成及其重复频率

分析仪提供标记功能，用户可以在时间轴或者频率轴上进行移动，可以测量事件周期或者时间间隔。比如，可以很容易地对频带进行无缝检测，检测到非周期的干扰信号，R&S?FSVR同样对变频条件下的无线传输检测很有用；比如RFID和Bluetooth应用，可以跟踪频率跳变和发射机的特性，简单而迅速地寻找发射机频率切换时偶发错误或者内部数字电路的干扰信号。

4 信号频谱事件触发功能

从频域收集到的信息可以在特定的频谱范围定义一个触发。频谱触发模板对于特定的频域事件进行响应。R&S?FSVR检测每个单一的频谱结果，每秒最高250000次，根据频谱触发模板定义比较每个频谱的变化，如果测量迹线超出模板定义范围，R&S?FSVR产生一个触发事件，显示当前频谱并且记录当前数据以供进一步处理。在测试应用中，发射机频率切换时的影响非常迅速而难以正确捕获，而使用频谱触发模板的触发输出，其他的测量仪表可以在此触发下进行准确的测量分析。比如在R&S?FSVR的模拟调制分析选件和数字调制分析选件中触发功能均可以调用频谱触发模板功能，允许用户可以对特定烦扰信号进行进一步的解调分析，确定干扰信号来源。

使用R&S?FSVR触摸屏操作可以很容易的自定义频谱触发模板，也可以使用自动生成功能。清晰的结构列表和图形显示使得用户可以面对不同的测试要求而快速修改模板定义。图5显示了频谱触发模板的友好操作界面，限制线上限和下限功能可同时支持。多种的触发条件定义对于用户进行多种条件下的信号监测也十分有用。

     图5 频谱触发模板设置界面

5 全面的信号与频谱分析仪

R&S?FSVR除了实时频谱分析仪模式，同时也支持外差扫描频谱模式以及信号分析模式。秉承所有罗德与施瓦茨公司的频谱仪特质，R&S?FSVR提供良好的射频性能和许多标准配置的特殊测量功能。包括相邻信道功率，频谱发射模板，交调，CCDF和杂散测试。配置R&S?FSV-K9选件，R&S?NRP功率探头可以与实时频谱仪连接进行功率测量，而无需再使用额外的功率计主机。为了扩展其测量功能，可以选择配置R&S?FSVR功能选件，包括相位噪声测量(R&S?FSV-K40)，噪声系数测量(R&S?FSV-K30)，模拟调制分析选件(R&S?FSV-K7)和数字调制分析仪选件(R&S?FSV-K70)，以及数字标准信号分析选件：GSM / EDGE / EDGE Evolution；WCDMA；TD-SCDMA cdma2000；WLAN 802.11 a/b/g/n；WiMAX；LTE(TDD/FDD)。

6 结束语

R&S?FSVR是实时频谱分析仪、传统频谱分析仪和全功能信号分析仪的充分结合。其全面而容易操作的实时频谱功能向用户提供全新而有力的分析工具。结合传统的频谱和信号分析功能，统一的界面，简单的操作，必将助力测量人员进行全面而高效的测量工作。