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1、实时频谱分析 基础知识 第一章：简介和概述2 RF 信号的演变2 现代RF测量挑战2 仪器结构纵览3 扫频分析仪：传统频域分析3 矢量信号分析仪：数字调制分析4 实时频谱分析仪：触发，捕获，分析4 实时频谱分析仪的主要概念5 样点、帧和块5 实时触发6 无缝捕获和频谱图7 时间相关的多域分析7 第2章：实时频谱分析仪的工作方式10 实时频谱分析仪中的数字信号处理技术10 IF 数字转换器10 数字下变频器11 I和Q基带信号11 采样11 取样速率对时域和频域的影响11 实时触发12 在具有数字采集的系统中触发13 触发模式和特点13 RSA触发源14 建立频率模板15 定时和触发16 基带D
2、SP16 校准/归一化16 滤波16 定时、 同步和二次取样16 快速傅立叶变换分析17 FFT属性17 窗口17 FFT后的信号处理18 重叠帧18 调制分析19 调幅、 调频和调相19 数字调制19 功率测量和统计20 第3章：实时频谱分析仪测量22 频域测量22 实时频谱分析仪22 标准频谱分析仪模式23 带频谱图的频谱分析仪模式23 时域测量23 频率随时间变化23 功率随时间变化25 互补累积分布函数25 I/Q随时间变化 26 调制域测量26 模拟调制分析26 数字调制分析27 基于标准的调制分析28 码域图显示28 第4章：常见问答30 第 5 章 词汇表36 参考缩略语38实时
3、频谱分析基础知识基本读物2 信号的演变早在19世纪60年代，James Clerk Maxwell通过数学运算， 预测出存在着能够通过真空传输能量的电磁波， 此后， 工 程师和科学家一直在寻求创新方法利用 RF 技术。在 Heinrich Hertz 在 1886 年物理演示了“无线电波”之后， Nikola Tesla、Gugliemo Marconi 等人开创了利用这些波实 现长途通信的方式。一个世纪以后，无线电已经成为RF 信号第一个实际应用。过去三十年中已经启动了多个研 究项目，考察信号发送和接收方法，检测和定位远距离 内的目标。到第二次世界大战开始时，无线电探测和测 距(也称为雷达
4、)已经成为又一个盛行的 RF应用。在很大程度上，由于军事和通信领域的持续增长，RF技 术创新在20世纪其余时间内都一直稳定加速增长，直到 今天这种增长仍在继续。为防止干扰、避免被探测及改 善容量，现代雷达系统和商用通信网络已经变得非常复 杂， 这两种系统一般都采用全面组合的RF技术， 如脉冲、 跳频、 码分多址和自适应调制。 设计这些高级RF设备， 并 把它们成功地集成到工作系统中，是非常复杂的任务。同时， 越来越广泛的蜂窝技术和无线数据网络的成功， 导 致了基本RF元器件的成本直线下降。这使得传统军事和 通信领域之外的制造商能够把相对简单的RF设备嵌入到 各类商用产品中。RF发射机变得异常流
5、行，几乎在任何 想得到的位置都可以发现它们的身影，如家中的消费电 子，医院中的医疗设备，工厂中的工控系统，跟踪设备 甚至可植入家畜、宠物和人的皮肤下。随着RF信号在现代世界中变得无所不在， 生成RF信号的 设备之间的干扰问题也随之增长。在需要执照的频谱中 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通道中，对在不同传输模式之间切换、并 保持同步链接不同网元的复杂多标准设备来说，这一点 尤其具有挑战性。在无需执照的频段中工作的比较简单 的设备， 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，这些设备只允许以低功率在短脉冲 中传输信号。为克服这些不断发展的挑战，当
6、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， 泰克设计了实时频谱分析仪(RTSA)， 这种仪器可以 触发RF信号，把信号无缝捕获到内存中，并在频域、时 域和调制域中分析这些信号。 本文介绍了RTSA的工作方 式，可以基本了解怎样使用RTSA，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设备行为特点的挑战， 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频谱分析仪(SA)和矢量信号分析 仪(VSA)可能会在频域和调制域内提
7、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设备生 成的那些动态的RF信号。 RTSA在所有这些测量中增加了 另一个关键维度 - 时间。捕获和分析瞬时及动态信号捕获脉冲传输、毛刺和开关瞬变检定PLL稳定时间、频率漂移、微音扩大检测间歇性干扰，噪声分析捕获扩频信号和跳频信号监测频谱使用情况，检测恶意发射一致性测试，EMI诊断实时频谱分析基础知识基本读物 3图1-1：扫频分析仪以一定步长扫描频段， 通常会漏掉在当前扫 描波段之外发生的重要的瞬时事件，如图中用黄色突出显示的部分。图1-2：典型的扫频分析仪结构。模拟和数字调制分析检定随时间变化的调制特性使用多域时间相关，诊断复杂的无
8、线标准问题进行调制质量诊断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，这种工具要能够触发已知事件或不可预测的 事件，无缝捕获信号，把信号存储在内存中，分析频率、 幅度和调制参数在不同时间的特点。仪器结构纵览实时频谱分析仪(RTSA)是泰克设计的一种新型测量工具， 解决了上面介绍的新兴RF 测量挑战。为了解 RTSA 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：扫频频谱分析仪(SA)和矢量信 号分析仪(VSA)。扫频频谱分析仪：传统频域分析扫描调试的超外差频谱仪是几十年前第一个使工程师能 够进行频域测量的传统
