MDO4000混合域示波器結構解密（上）
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通過使用MDO4000混合域示波器前面板上的Wave Inspector旋鈕，可以考察整個時間內(nèi)捕獲的事件。圖6是MDO4000捕獲的相同信號，但現(xiàn)在，頻譜畫面視圖表示的是頻率隨時間變化的不同時點。現(xiàn)在，頻譜時間移動到這個RF信號三個跳頻順序中較高的頻率，已經(jīng)重新計算FFT，以顯示與這個新時點相關的頻譜狀況。
在圖7中，頻譜時間被移動到階躍順序中最高頻率與最低頻率之間的跳變。使用寬帶頻譜分析儀可以清楚地看到這么寬的頻譜，而使用傳統(tǒng)頻譜分析儀很難分辨這一頻譜，后者在掃描關心的頻段時采用了窄帶檢測器，因此無法捕獲這樣的寬帶頻譜。
圖7. 在跳頻期間，MDO4000可以顯示信號的寬頻譜能量。
對圖4中傳統(tǒng)掃頻分析儀上顯示的信號，寬頻譜在掃頻分析時會表現(xiàn)為結構性的假信號，因為它緩慢掃描快速移動的信號。我們在前面確定，在傳統(tǒng)頻譜分析儀的掃描時間(146 ms)期間，發(fā)生了100多個跳頻集合。在持續(xù)時間大約1.4 ms的跳頻集合期間，由于三次頻率跳變，共有三個寬帶頻譜事件。傳統(tǒng)頻譜分析儀的窄帶檢測器只把事件表示為檢測器頻率上掃描期間接收的能量，因此除300個穩(wěn)定的頻率事件之外，還發(fā)生了多達300個噪聲事件。從圖4中的曲線可以看出，不可能了解這個信號的特點。傳統(tǒng)分析儀頻譜視圖顯示的噪聲尖峰不代表實際寬帶噪聲，而只是使用了錯誤的工具（即傳統(tǒng)的掃頻頻譜分析儀）考察寬頻譜事件時所產(chǎn)生的假信號而已。
因此工程師需要更好的頻譜分析工具。尤其現(xiàn)代通信正在采用帶寬越來越寬的調制方案，分組通信的速度正變得越來越快?？匆幌卤?，其中顯示了部分常見的通信標準及對應的信道帶寬和工作帶寬。注意在較新的調制方案中，信道帶寬會大幅度提高：
通信標準 | 信道帶寬 | 工作帶寬 | 突發(fā)信號數(shù)據(jù)包時長 |
FM無線電 | 200 kHz | ~20 MHz @ 100 MHz | 連續(xù)發(fā)送 |
電視廣播 | 6-8 MHz | 55 MHz - 700 MHz | 連續(xù)發(fā)送 |
藍牙 | 1 MHz | ~80 MHz @ 2.4 GHz | ~ 400 us |
IEEE 802.11 | 20或40 MHz | ~ 80 MHz @ 2.4 GHz | 5 us到幾十us |
~ 200 MHz @ ~5.6 GHz | |||
UWB | >500 MHz x 3通道 | > 1.5 GHz @ 3.1-4.6 GHz (頻段1) | 每個符號~300 ns |
表1. 常見的通信標準- 傳統(tǒng)廣播通信(黃色)和現(xiàn)代嵌入式無線技術(綠色)。
為高效測量這些現(xiàn)代嵌入式無線技術，通常必需在一個時點捕獲整個信道的帶寬。
雖然傳統(tǒng)掃頻分析儀可以測量連續(xù)廣播信號，但它不是為在這些帶寬中測量隨時間變化的信號而設計的。掃頻分析儀的有效頻譜捕獲帶寬低于分辨率帶寬(RBW) 。由于它采取掃頻方式，因此它“看不到”當前掃描頻率外面（帶外）的信號。掃頻分析儀也不能以時間一致的方式，捕獲整個頻譜。
而且，這些現(xiàn)代信號隨時間變化的特點對傳統(tǒng)掃頻分析儀來說是太“快”了。在超出RBW分辨率帶寬的極限時，掃頻分析儀在以最快速度掃描關心的工作頻段時，只能捕獲幾十到幾百毫秒的時間，但往往發(fā)送的信號發(fā)生的時間通常只有幾十微秒或以下。
矢量信號分析儀
更加現(xiàn)代的頻譜分析儀(矢量信號分析儀VSA)一般擁有10 MHz的頻譜捕獲帶寬，可以用于比較老或比較簡單的無線通信標準。某些頻譜分析儀提供了高達110 MHz的帶寬（例如泰克實時頻譜分析儀RSA6100A系列配套選項110），更加適合現(xiàn)代標準，但獲得這種性能的同時，其價格也會大幅度提高。
圖8是傳統(tǒng)矢量信號分析儀（VSA）簡化的結構方框圖：
圖8是矢量信號分析儀(VSA)結構，它代表著更加現(xiàn)代的頻譜分析儀，本振是階躍的，而不是掃描的。輸入的寬帶信號被衰減后濾波，下變頻成窄帶的模擬IQ信號，中頻濾波，然后才被數(shù)字化。這會產(chǎn)生頻段受限的時域信號，通過使用DFT (離散傅立葉變換有DSP運算)，可以把信號從時域轉換到頻域。在這些變換中，最著名的變換是FFT (快速傅立葉變換)。然后把所得到的頻域信息顯示在畫面上，在本振頻率周圍畫出頻譜的一小部分。然后本振階躍到下一個更高的頻率，重復上述過程，直到畫出整個頻譜。階躍分析儀在處理隨時間變化的RF射頻時至少要優(yōu)于掃頻分析儀，但因其范圍有限，關心的跨度位于通常很窄的階躍內(nèi)，而且觸發(fā)功能一般局限于IF 電平觸發(fā)器和外部觸發(fā)器有限的頻率范圍內(nèi)。
矢量信號分析儀對所輸入的寬帶信號進行下變頻到窄帶的信號，主要是因為采用了比特位數(shù)高，但采樣率相對較低的A/D轉換器。舉例：泰克的RSA6000系列所采用的A/D轉換器是14位比特的，采樣率是300MS/s，從理論上，奈奎斯特頻率（最高輸入頻率不導致采樣時出現(xiàn)混疊現(xiàn)象）大概是不150MHz (非正弦波的信號，奈奎斯特頻率要更低)。因此，RSA在采樣前必須要將寬帶的信號下變頻到窄帶的IF中頻，以IF中頻為中心頻率來進行采樣（頻率范圍為IF中頻頻率的+/- ½跨度）。這樣處理的目的，首要是減少頻譜分析儀的DANL（顯示的平均噪聲電平）與增加SFDR無雜散動態(tài)范圍等。
頻譜分析儀其中一個關鍵的指標是DANL（顯示的平均噪聲電平）。顧名思義，它是儀器內(nèi)在噪聲大少的指標。矢量信號分析儀（VSA）與RSA實時頻譜分析儀等均采用A/D轉換器與FFT變換為基礎的頻譜分析方法，因此從理論上而言，其FFT的噪底應該是：
FFT噪底= - [ A/D轉換器的SNR（信噪比）+ FFT處理增益]（公式1；見圖10）
而理想中無失真的A/D轉換器的SNR是：
最大的SNR（信噪比）= 1.76 + 6.02n (n = A/D轉換器的比特位數(shù))（公程式2）
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