2021年03月26日 | 实时频谱分析基础知识

第1 章：简介和概述

随着RF信号在现代世界中变得无所不在，生成RF信号的器件之间的干扰问题也随之增长。在需要牌照的频谱中工作的移动电话等产品，在设计时必须不会把RF 能量发送到相邻频率信道中，对在不同传输模式之间切换、保持到不同网元的同步链路的复杂多标准设备来说，这一点尤其具有挑战性。在没有牌照的频段中工作的比较简单的器件，也必须设计成在存在干扰信号时能够正确运行，政府法规通常规定，这些器件只允许以低功率在短突发中传输信号。这些新的数字RF 技术需要结合使用计算机和RF，包括无线局域网、手机、数字电视、RFID、等等。这些技术与软件定义的无线电(SDR)和认知无线电(CR)最新技术相结合，提供了新的发展道路，将从根本上改变频谱分析方法，提高最稀缺的商品之一— RF 频谱的利用效率。为克服这些不断演变的挑战，当前工程师和科学家能够可靠地检测和检定随时间变化的RF 信号非常关键，而使用传统测量工具并不能简便地实现这一点。为解决这些问题，泰克研制了实时频谱分析仪(RSA)，这种仪器可以发现RF 信号中的难检效应，触发这些效应，把它们无缝捕获到存储器中，并在频域、时域、调制域、统计域和码域中分析这些效应。

本文介绍了RSA的工作方式，您可以基本了解怎样使用RSA，解决与捕获和分析现代RF 信号有关的许多测量问题。

现代 RF 测量挑战

鉴于检定当前RF器件行为特点的挑战，必需了解频率、幅度和调制参数在短期和长期内的行为方式。在这些情况下，使用传统工具如扫频分析仪(SA)和矢量信号分析仪(VSA)可能会在频域和调制域内提供信号概况，但其通常不能提供足够的信息，让用户满怀信心地描述器件生成的动态 RF 信号。

考虑一下下面挑战性的测量任务：

• 发现罕见的短时间周期事件

• 查看较强的信号掩盖的较弱信号

• 观察噪声掩盖的信号

• 查找和分析瞬态信号和动态信号

• 捕获突发传输、毛刺、开关瞬态事件

• 检定 PLL 稳定时间、频率漂移、微音扩大捕获扩频信号和跳频信号

• 监测频谱使用情况，检测游荡传输测试和诊断瞬态 EMI 效应

• 检定随时间变化的调制方案隔离软件和硬件交互

每种测量都涉及随时间变化的RF 信号，这些信号通常是不可预测的。为有效检定这些信号的特点，工程师需要一种工具，这种工具要能够发现难检事件，有效触发这些事件，把事件隔离到存储器中，以便能够在频域、时域、调制域、统计域和码域中分析信号行为。

图1-1. 扫频分析仪步进通过一系列频段，通常会漏掉当前扫描频段之外发生的重要瞬态事件，如右面突出显示的棕褐色段Fb。

简单考察仪器结构

为了解RSA 的工作方式及理解其提供的测量价值，有必要先考察两类其它的传统RF 信号分析仪：扫频分析仪(SA)和矢量信号分析仪(VSA)。

扫频分析仪

扫描调试的超外差是几十年前第一个使工程师能够进行频域测量的传统结构。扫频分析仪最初是使用纯模拟器件构建的，之后一直随着其服务的应用不断发展。当前一代扫频分析仪包括各种数字单元，如 ADC、DSP 和微处理器。但是，基本扫描方法在很大程度上保持不变，其最适合观测受控的静态信号。扫频分析仪通过把关心的信号向下变频，并扫描通过解析带宽(RBW)滤波器的传输频带，来测量功率随频率变化。RBW 滤波器后面跟有一个检测器，检测器计算选择的频宽内每个频率点的幅度。尽管这种方法可以提供很高的动态范围， 但其缺点在于，它一次只能计算一个频率点的幅度数据。这种方法基于这样一个假设，即分析仪能够完成多次扫描，而被测信号没有明显变化。结果，这种方法要求输入信号相对稳定及不变。如果信号迅速变化，那么在统计上可能会漏掉变化。如图1-1 所示，扫描查看频段Fa，而在Fb (左图)上发生了一个瞬时频谱事件。在扫描到达频段Fb 时，事件已经消失，没有检测到事件(右图)。扫频分析仪结构没有提供一种可靠的方式，发现这类瞬态信号的存在，因此调试许多现代RF 信号要求非常长的时间和大量的工作。除漏掉瞬时信号外，现代通信和雷达中使用的脉冲信号的频谱还可能会被错误地表示。如果不进行重复扫描，那么扫频分析仪结构不能表示脉冲占用的频谱。另外还要特别注意扫描速率和解析带宽。

图 1-2 a, b, c：扫频分析仪(a)、矢量信号分析仪(b)和实时频谱分析仪(c)简化的方框图。

图1-2说明了典型的现代扫频分析仪结构。尽管现代扫频分析仪已经用数字信号处理(DSP)代替了模拟功能， 但基础结构和限制保持不变。

矢量信号分析仪

分析传送信号的数字调制要求进行矢量测量，以同时提供幅度信息和相位信息。图1-2b是简化的VSA方框图。

VSA 数字化仪器传输频带内部的所有RF 功率，把数字化的波形放到存储器中。存储器中的波形同时包含幅度信息和相位信息，DSP可以使用这些信息进行解调、测量或显示处理。在VSA内部，ADC数字化宽带IF 信号， 下变频、滤波和检测以数字方式完成。从时域到频域的变换使用FFT 算法完成。VSA 测量调制参数，如FM 偏差、码域功率和误差矢量幅度(EVM 和星座图)。它还提供其它显示画面，如信道功率、功率随时间变化和频谱图。

尽管 VSA 增加了在存储器中存储波形的功能，但其分析瞬态事件的能力有限。在典型的 VSA 自由运行模式下，采集的信号必须存储在存储器中，然后才能进行处理。这种批处理的串行特点意味着仪器对采集之间发生的事件是看不见的。它不能可靠地发现单次事件或偶发事件。可以使用偶发事件触发功能， 在存储器中隔离这些事件。遗憾的是，VSA的触发功能有限。外部触发要求事先了解有问题的事件，这可能是不现实的。IF 电平触发要求总 IF 功率必须出现可度量的变化，而在存在大的信号或信号频率变化、但幅度不变时，则不能隔离微弱的信号。而在当前的动态 RF 环境中，经常会发生这两种情况。

实时频谱分析仪

“实时”一词源于早期的物理系统数字仿真工作。如果其工作速度与被仿真的实际系统一致，那么我们就说数字系统仿真是实时工作的。

实时分析信号意味着必须以足够快的速度执行分析操作，以准确地处理关心的频段中的所有信号成分。这一定义表明，我们必须：

• 以足够快的速度对输入信号采样，以满足内奎斯特标准。这意味着采样频率必须超过关心的带宽的两倍。

• 连续地足够快地执行所有计算，以便分析输出跟上输入信号的变化。

发现，触发，捕获，分析

实时频谱分析仪(RSA)旨在解决与上一节中介绍的瞬时动态 RF信号有关的测量挑战。RSA使用实时数字信号处理(DSP)执行信号分析，DSP在存储器存储之前完成，而VSA结构则通常采用采集后处理。实时处理允许用户发现其它结构看不到的事件，并触发这些事件，可以选择性把事件捕获到存储器中。然后可以使用批处理在多个域中全面分析存储器内的数据。另外还可以使用实时DSP引擎，执行信号调节、校准和某些类型的分析。

图 1-3. VSA 处理与实时频谱分析仪实时引擎处理比较。

RSA 的核心是实时处理模块，如图1-2c 所示(第6 页)。与VSA 一样，它数字化宽捕获带宽。与VSA 不同的是， 实时引擎工作速度足够快，可以处理每个样点，而不会有空白，如图1-3所示。可以连续应用幅度和相位校正， 补偿模拟IF 和RF响应。不仅可以全面校正存储器中存储的数据，还可以执行所有后续实时处理，在校正的数据上操作。实时引擎支持下述功能，满足了现代RF 分析的需求：

• 实时校正，改善模拟信号路径

• DPX® 实时RF 显示，可以发现扫频分析仪和VSA 漏掉的事件

• 信号发生的持续性确定的DPX DensityTM测量和触发

• 高级时间判定触发，如欠幅脉冲触发，通用在高性能示波器中提供

• 频域触发，支持频率模板触发(FMT)

• 触发用户指定带宽，支持滤波功率触发

• 实时解调，允许用户“收听”繁忙频段中的特定信号

• 数字化数据的数字IQ流，允许不间断地输出信号，进行外部存储和处理

实时引擎不仅可以发现和触发信号，还可以执行许多重复的信号处理任务，释放基于软件的宝贵资源。与VSA 一样，RSA 可以使用 DSP 进行采集后分析。它可以在时间相关的多个域中执行测量，并可以同时显示这些测量。

图 2-1. 实时频谱分析仪 RF/IF 方框图。

第 2 章：实时频谱分析仪的工作方式

本章提供了泰克实时频谱分析仪(RSA)的多个主要采集结构图和分析方框图。为便于讨论，其中省去了部分辅助功能。

现代实时频谱分析仪可以采集分析仪输入频率范围内任何地方的传输频带或频宽。这一功能的核心是RF 下变频器，后面跟有一个宽带中间频率(IF)段。ADC 数字化IF 信号，系统以数字方式执行所有进一步的步骤。DSP 算法执行所有信号调节和分析功能。

可以通过几个关键特点区分实时结构是否成功：

• RF 信号调节，提供宽带宽 IF 路径和高动态范围。

• 使用带通滤波器，而不是YIG 预选滤波器，在每种产品的整个输入频率上同时实现无像频干扰频率转换和宽带测量。

• ADC 系统能够数字化整个实时带宽，并具有足够的保真度，支持所需的测量。

• 实时数字信号处理(DSP)引擎，实现无空白处理

• 足够的捕获存储器和DSP 能力，在所需的时间测量周期上实现连续实时采集。

• 集成信号分析系统，对被测信号提供多个分析视图， 并在时间上相关。

RF/IF 信号调节

图2-1 是简化的RSA RF/IF 方框图。带有RSA频率范围内任何频率内容的信号都被应用到输入连接器上。一旦信号进入仪器，它们将根据用户选择的分析需求发送和调节。将应用可变衰减和增益。调谐使用多阶段频率转换及组合使用可调谐本振和固定本振(LO)实现。模拟滤波在各种IF频率上完成。最后的IF使用模数转换器数字化。所有进一步处理都使用DSP技术执行。某些RSA型号可以选配基带模式，其中直接数字化输入信号，而无需进行任何频率转换。基带信号使用的DSP采用的方法与RF 信号采用的方法类似。

输入切换和发送段

输入切换和发送段把输入波形分发到仪器内部的各种信号路径。某些RSA型号包括一条单独的DC耦合基带路径，在分析低频信号及DC 耦合IQ 基带路径时提高了动态范围和精度。RSA还包括内部对准源。这些对准源生成的信号带有为RSA 专门订制的属性(PRBS、校准的正弦曲线、调制参考、等等)，这些信号用于自行对 准程序，校正系统参数温度变化，如：

• 增益

• 所有采集带宽中的幅度平坦度采集带宽中的相位线性度

• 时间对准

• 触发延迟校准

自行对准流程与采用外部设备在工厂或服务中心进行的校准相结合，构成了 RSA 所有关键测量指标的核心。

RF 段和微波段：RF/ 微波段包含着宽带电路，调节输入信号，以便其拥有适当的电平和频率成分，实现最优下行处理。

阶跃衰减器

阶跃衰减器是由电阻衰减器连接盘和RF/uW 开关组成的器件，用来降低宽带信号电平，降低幅度是编程确定的数量。

1. 它把输入上的RF和微波信号电平降低到最优的处理电平。阶跃衰减器还可以防止因吸收过多RF 功率、导致非常高的信号而破坏输入。

2. 它在仪器的整个频率范围中提供了宽带阻抗匹配。这种阻抗匹配对保持RF信号测量精度至关重要。为此， 大多数仪器指标适用于10 dB以上的输入衰减条件。

RSA 使用的阶跃衰减器因设计型号不同而不同。它们一般可以编程，以 5 dB 或 10 dB 步长衰减 0 dB 到 50 dB 以上。

像频干扰抑制滤波器与 YIG 预先滤波器比较

RSA 提供了无像频干扰的频率转换功能，可以从输入上的RF 和微波信号转换到最终IF。这通过把各种滤波器放在第一个混频器前面实现。各种RSA 型号使用多阶段混频方案，采用宽带滤波器，允许对整个采集带宽进行无像频干扰转换，实现可重复的指定的幅度平坦度和相位线性度。

RSA可以把输入上的RF和微波信号以无像频干扰的方 式变频到最终IF上。这通过在第一个混频器前放置各种滤波器实现。多种RSA 型号采用多阶段混频方案，其中采用宽带滤波器，以可重复的、指定的幅度平坦度和相位线性度，对整个采集带宽实现无像频干扰转换。在测量宽带信号时，YIG 预选器滤波器引入了明显失真。在测量此类信号时，如果必须实现准确测量(特别是相位测量)，那么必须绕开窄带预选器。

这些可调谐滤波器本身是窄带滤波器。滤波通带中有明显的相位变化，在信号接近滤波器边缘时，这种情况会进一步恶化。即使我们可以通过校准来校正这些变化， 但调谐机制本身在一定程度上会抵消校准。调谐通过在YIG晶体上放置一个磁场来实现，在把这个磁场调谐到不同频率，然后返回第一个频率时，磁性结构中的磁滞效应会导致其不能返回第一次调谐变化前调谐的精确频率。

图 2-2. (左) 这是在去掉YIG 预选滤波器时传统频谱分析仪微波频率范围内可以表示的典型的单个信号。(右) 恢复预选滤波器，然后可以显示单个信号。

在每次调谐变化时，这都会导致相位校准变化。如果这还不够，那么扫描通过通带时还会出现小的幅度和相位变化，因为调谐要扫描大的频段。这些小的变化通常会随着温度一起变动。

通常情况下，为避免失真和带宽限制，采用谐波混频结构实现扫频和基于FFT 的分析技术的频谱分析仪必需绕过 YIG 预选滤波器。图 2-2 演示了无像频干扰频率转换在微波频率上扫频操作过程中去掉预选器滤波器时可能发生的潜在问题。宽频谱中可能会出现多个响应，屏蔽真正想要的关心的信号。恢复YIG预选滤波器可以消除这些响应。传统频谱分析仪不能在不使响应失真的情况下显示宽带信号和无像频干扰频率转换信号。

更重要的是，像频干扰频率的存在可能会把频谱能量转换到仪器的中间频率(IF)上。这种像频干扰作为频谱窗口，不仅允许一个转换窗口，还会由于传统频谱分析仪采用的谐波混频技术而打开多个窗口。

前置放大器

某些 RSA 型号包括可以选择的前置放大器选项，在像频干扰抑制滤波器前面，在信号路径中增加增益。这种选项改善了RSA的噪声系数，用来分析非常弱的信号。当然，在输入上增加增益限制了可以分析的最大信号。把这个放大器切换出信号路径，会把分析仪的范围恢复到正常范围。

频率转换 /IF 段
所有RSA 型号都可以分析中心位于分析仪频率范围内任何地方的很宽的频段。这通过把关心的频段转抱成固定IF实现，然后进行滤波、放大和定标。然后数字化这个IF信号。然后使用实时和批处理，在关心的信号上执行多域分析。

多阶段频率转换
频率转换段的目标是把所需频段中的信号真实地转换成适合模数转换的IF。通过在多个转换差频结构中选择本振(LO)频率，可以实现调谐，如图2-1(第9 页)所示。每个频率转换阶段都包含一个混频器(模拟复用器)，后面是IF 滤波和放大。IF 频率、滤波形状、增益和电平的选择视RSA型号而定，实际上在每种型号内部也会变化，这与仪器设置有关，以便从以下几个方面优化性能：

• 由于混频器和滤波器不理想导致的杂散响应

• 动态范围(可以无差错地同时查看的最小信号和最大信号)

• 实时带宽中的幅度平坦度实时带宽中的相位线性度

• 信号和触发路径之间的延迟匹配

内部对准源

对上面列出的部分特点，RSA实现的性能要远远超过模 拟器件实现的性能。滤波响应、延迟和增益随着温度变化，对不同仪器会有所不同。RSA 性能通过实际测量增益、滤波形状和延迟及使用DSP 补偿测得的性能实现。宽带RF 元件的频响和增益变化在出厂时使用校准后的设备测得，可以溯源国家计量学会，如NIST、NPL、PTB。这种设备还用来校准内部对准源，内部校准源提供针对RSA 使用的时间和地点的信号路径条件调节的信号。RSA 使用两种内部信号：

• 使用异常准确、温度稳定的正弦曲线信号，在参考频率(一般是100 MHz)上设置信号路径增益。这个信号是内部RF电平参考。它在采集带宽的中心设置RF功率测量精度。

• 使用校准后的宽带信号，测量实时采集带宽中的幅度和相位响应。这个信号是内部信道响应参考。它提供信息，允许 DSP 补偿采集带宽中的幅度、相位和延迟变化。

图2-3：实时频谱分析仪数字信号处理方框图。

数字信号处理(DSP)概念

本节包含泰克RSA 典型主要采集和分析模块的多个结构图。具体实现方案视型号及特定测量功能变化。为讨论清楚起见，其中省略了部分辅助功能。

实时频谱分析仪中的数字信号处理路径

泰克RSA结合使用模拟信号处理和数字信号处理(DSP) 技术，把RF 信号转换成校准的时间相关多域测量。本节将介绍 RSA 信号处理流程的数字部分。

图2-3 显示了泰克RSA 系列中使用的主要数字信号处理模块。来自RF 输入的频段被转换成模拟IF 信号，然后进行通带滤波和数字化。然后对采样的数据进行校正，校正信号路径的幅度平坦度、相位线性度和其它不理想特点。某些校正实时进行，其它校正则在信号处理路径较远的下行方向进行。

数字下变频和压缩过程把A/D样点转换成同相(I)和正交 (Q)基带信号流，如下一页中的图2-3 所示。所需信号的这个IQ 表示方式是所有RSA 表示信号的基本形式。然后使用DSP，执行所有进一步的信号调节和测量。RSA 同时使用实时 DSP 和批处理模式 DSP。

图 2-4：实时频谱分析仪中的 IF 到IQ 转换。

IF 数字转换器

泰克RSA一般会数字化以中间频率(IF)为中心的一个频段。这个频段是可以进行实时分析的最宽的频率范围。在高IF 上进行数字转换、而不是在DC或基带上进行数字转换，具有多种信号处理优势(杂散性能、DC 抑制、动态范围等)。选择的采样率应使所需的IF 带宽落在内奎斯特区域内，如图2-5所示。采样率必须至少是IF 带宽的两倍。如果整个带宽落在0 与1/2、1 1/2、2 3/2 的采样频率之间，那么可以实现采样，而没有人工信号。IF 滤波器的实际实现方式要求典型的采样率至少是IF带宽的 2.5 倍。

校正

RSA 幅度平坦度、相位线性和电平精度等指标远远超过构成信号路径模拟RF和IF信号调节部分的元件的性能。泰克RSA 结合使用工厂校准和内部自行校准，补偿信号路径中的模拟元件变化(温度、容限、老化等等)。

出厂校准

RSA 在输入频率范围内的频响在出厂时测量。采集带宽中心的RF 行为在某个温度范围内是可以预测的，在仪器老化时变化不大。在出厂测量后，RF 响应存储在校正表中，校正表装在非易失性存储器中。

内部对准

采集带宽中的响应受到构成IF处理路径的混频器、滤波 器和放大器组成的影响。这些组件在RSA采集的宽带宽上可能会有细颗粒的幅度和相位波纹。内部对准过程测量相对于中心频率偏置的幅度和相位响应。对准在使用仪器的时间和地点完成，可以手动触发或相对于温度触发。这个响应存储在存储器中。

校正流程

RSA 校正过程把工厂中测量的RF 响应与内部对准过程中测量的IF 响应结合在一起，为一套校正滤波器生成 FIR 系数，补偿输入连接器和ADC 之间整个路径的幅度平坦度和相位响应。这些校正滤波器在实时数字硬件中实现，或在基于软件的 DSP 中实现，具体视 RSA 型号而定，并应用到数字化 IQ 流中。

数字下变频器(DDC)

表示通带信号常用的、计算效率高的方式是使用波形的复数基带表示方式。

RSA 使用Cartesian 复数形式，把时间采样的数据表示为信号的I(同相)和Q(正交)基带成分。这使用数字下变频器(DDC)实现，如图 2-3 所示。

图 2-5：即使只是采样率的一半，I 和Q 仍保持传输频带信息。

一般来说，DDC 包含一个数字振荡器，数字振荡器在关心的中心频段上生成正弦和余弦。正弦和余弦以数字方式乘以数字化IF，生成I 和Q基带样点流，其中包含原始IF 中包含的所有信息。DDC 不仅用来把数字化IF 信号转换成基带信号，还用来在RSA中实现频率微调。

IQ 基带信号

图2-5显示了获得频段、并使用正交下变频把其转换到基带中的过程。在1.5 倍采样频率和采样频率之间的空间中包含着原始IF 信号。采样在零和1.5 倍采样频率之间生成这个信号的像频干扰。然后信号乘以关心的传输频带中心的相干正弦和余弦信号，生成I和Q基带信号。基带信号是实数值，在原点两边对称。正负频率中包含着同样的信息。原始传输频带中包含的所有调制也包含在这两个信号中。每个信号要求的最低采样频率现在是原始频率的一半，然后可以两两压缩。

压缩

内奎斯特定理指出，对基带信号，只需以等于关心的最高频率两倍的速率采样。对通带信号，采样率至少是带宽的两倍。在所需的带宽小于最大值时，可以降低采样率。通过降低采样率或压缩，可以平衡频宽、处理时间、记录长度和存储器使用量。例如，泰克RSA6000 系列在模数转换器上使用100 MS/s采样率，数字化40 MHz 带宽或频宽。I和Q记录DDC之后的结果，这个40 MHz 频宽滤波和压缩的有效采样率是原始采样率的一半，即50 MS/s。样点的总数没有变化：我们得到两个样点集合，每个集合的有效采样率是50 MS/s，而不是速率为100 MS/s的单集。对更窄的频宽将进一步进行压缩，导致对相同数量的样点得到更长的时间记录。降低有效采样率的缺点是降低了时间分辨率，优点是在时间记录一定时减少了计算工作，降低了存储器使用量。

压缩滤波

在压缩时，必须也遵守内奎斯特要求。如果数据速率下降两倍，那么数字信号的带宽也必须下降两倍。在降低采样率前，必须使用数字滤波器完成这一点，以防止出现假信号。泰克RSA使用多种压缩等级。每种等级都包含一个数字滤波器，然后减少样点数。压缩和滤波的另一个优势是在带宽下降时噪声下降，这种噪声下降通常称为处理增益。

图 2-6. 基于 DFT 的频谱分析仪及采用带通滤波器群的同等实现方案。

把时域波形转换到频域

频谱分析也称为傅立叶分析，用来把一个输入信号的各种频率成分隔开。典型的频谱分析仪显示画面绘制各个频率成分相对于频率的电平。曲线开始频率和结束频率之差是频宽。在执行重复离散傅立叶变换(DFT)时，如果其执行方式使得信号处理与输入信号保持一致，那么我们把频谱分析称为实时频谱分析，如图2-6所示。在没有严格满足实时要求时，还可以使用重复傅立叶变换，发现、捕获和分析频域中的偶发瞬态事件。

实时频谱分析

频谱分析要想归入实时类别中，必须没有间隙地、不确定地处理关心的频宽内包含的所有信息。RSA 必须获得时域波形中包含的全部信息，把信息转换成频域信号。实时完成这一点必须满足多个重要的信号处理要求：

• 提供足够的捕获带宽，支持分析关心的信号

• 足够高的ADC 时钟速率，捕获带宽要超过内奎斯特标准

• 足够长的分析间隔，支持关心的最窄解析带宽(RBW) 足够快的DFT 变换速率，关心的RBW超过内奎斯特标准

• DFT 速率超过内奎斯特RBW 标准，这要求重叠DFT 帧

• 重叠程度取决于窗口函数

• 窗口函数取决于 RBW

对直到最大实时采集带宽的频宽，当前RSA 满足了上面列出的频率模板触发(FMT)的实时要求。因此，触发频域事件会考虑选定采集带宽中包含的所有信息。

发现和捕获瞬态事件

快速重复傅立叶变换的另一个应用是发现、捕获和观察频域中的偶发事件。一个实用指标是以100% 概率捕获单个不重复事件的最小事件周期。最小事件定义为在指定精度能够以100% 确定性捕获的最窄矩形脉冲。可以检测更窄的事件，但精度和概率可能会下降。发现、捕获和分析瞬态事件要求：

• 提供足够的捕获带宽，支持分析关心的信号

• 足够高的ADC 时钟速率，捕获带宽要超过内奎斯特标准

• 足够长的分析间隔，支持关心的最窄解析带宽(RBW)

• 足够快的DFT 变换速率，关心的RBW 超过内奎斯特标准

RSA6000 系列 DPX 频谱模式每秒可以测量 292,000 个频谱，能够以全部精度指标及100% 概率检测最短10.3 ms 的RF 脉冲。扫频分析仪(SA)每秒扫描 50 次，要求脉冲长于20毫秒，才能以100%概率及全部精度检测脉冲。

图 2-7. 频谱、频谱图和扫描。

RSA 与扫频分析仪比较

考虑一下上一页描述的RSA 系统。关心的传输频带被下变频到IF，然后数字化。时域样点以数字方式转换成基带记录，其中包括一系列I(同相)样点和Q(正交)样点。在IQ 记录的各个段上顺序执行 DFT，生成占用频率随时间变化的数学表示，如图 2-6 所示(第 16 页)。

获得等间隔顺序DFT 在数学运算上相当于使输入信号通过一群通带滤波器，然后在每个滤波器输出上对幅度和相位采样。频域行为随时间变化情况可以表示为频谱

图，如图2-7 所示，其中横轴是频率，竖轴是时间，幅度用颜色表示。实时DFT以计算新频谱的速率高效地对全部进入信号采样。在执行FFT的时间段之间发生的事件会丢失。RSA 最小化或消除了“死区时间”，它执行基于硬件的DFT，通常以最快的采样率在重叠的时间段上执行变换。

相比之下，扫频分析仪在任何给定时间会调谐成单个频率。随着扫描推进，频率会变化，形成图2-7 中所示的对角线。在扫描速度降慢时，直线的斜率会变陡，以便零频宽中频谱分析仪的函数能够表示为一条竖线，表明随着时间推移，仪器被调谐成单个频率。图2-7还显示了扫描会怎样漏掉瞬态事件，如图中的单个跳频。