安捷倫高性能 PXA 信號分析儀新增實(shí)時(shí)頻譜分析功能

　　在航空航天、國防和無(wú)線(xiàn)通信等領(lǐng)域中，不斷涌現出來(lái)的諸多挑戰致使系統表征和故障診斷變得更加困難。以雷達和電子戰(EW)系統為例，這些系統正變得動(dòng)態(tài)范圍更大，運動(dòng)速度更快，覆蓋戰場(chǎng)上的更大空間。這種多制式、高速率通信系統的擴展提升了互操作性問(wèn)題的出現概率。

　　隨著(zhù)信號變得更加復雜和靈敏，無(wú)間隙測量技術(shù)——實(shí)時(shí)頻譜分析和時(shí)間捕獲——逐步獲得主流應用的認可。Agilent PXA 信號分析儀更進(jìn)一步將這些新增功能集成到傳統信號分析儀，使用戶(hù)不必購買(mǎi)專(zhuān)用或單用途儀器。(圖 1)　　

 

　　安捷倫實(shí)時(shí)頻譜分析(RTSA)作為新型和現有 PXA 的升級選件，使得 PXA 成為業(yè)界首款支持在購買(mǎi)后添加實(shí)時(shí)分析功能的傳統信號分析儀。使得用戶(hù)可以新實(shí)時(shí)頻譜儀十分之一的價(jià)格用用實(shí)時(shí)功能。

　　RTSA 支持用戶(hù)在實(shí)驗室工作臺或現場(chǎng)中查看、捕獲和認知難以捕捉的信號。為進(jìn)行更深入的分析，用戶(hù)可以搭配使用實(shí)時(shí) PXA 與 Agilent 89600 VSA 軟件，對復雜的調制信號進(jìn)行全面表征。

　　實(shí)時(shí)分析定義

　　盡管不同用戶(hù)對“實(shí)時(shí)分析”的理解不同，但它包含一個(gè)一致的核心概念：對于擁有數字中頻(IF)部分的頻譜或信號分析儀，針對某個(gè)測量結果或觸發(fā)操作而言，實(shí)時(shí)操作將對全部信號的采樣進(jìn)行處理。(圖 2)多數情況下，相對于傳統的頻譜測量結果，測量結果屬于標量(例如功率或幅度)?！　?/p>

　　

 　　除了無(wú)間隙分析之外，實(shí)時(shí)射頻分析儀還具備四個(gè)關(guān)鍵屬性：高速測量、穩定的測量速度、先進(jìn)的復合顯示和頻率模板觸發(fā)(FMT)。

　　通常，實(shí)時(shí)處理過(guò)程中的頻譜流被用于下述兩種用途：頻譜可與復合頻譜顯示結合，或與一個(gè)限制模板進(jìn)行比較，以實(shí)施頻率模板測試FMT。配有選件 RTSA 的實(shí)時(shí) PXA 同時(shí)支持這兩種功能。

　　使用 PXA 執行實(shí)時(shí)頻譜分析

　　和專(zhuān)用實(shí)時(shí)頻譜分析儀一樣，實(shí)時(shí) PXA 使用 ASIC 和 FPGA 將采樣信號數據轉換為信號頻譜，速度接近 300,000 頻譜/秒。頻譜數據被整合用于構建信息詳盡的顯示，例如密度或直方圖?；蛘?，根據限制條件和邏輯標準對頻譜流依次順數進(jìn)行測試，以生成針對特定頻譜和特定行為的頻率模板觸發(fā)。

　　為增強實(shí)時(shí)頻譜分析的性能，安捷倫設計團隊專(zhuān)注于四個(gè)關(guān)鍵方面：帶寬、動(dòng)態(tài)范圍、截獲概率(POI)和集成分析能力。

　　帶寬

　　因為被分析的信號帶寬和頻帶寬度越來(lái)越高，用戶(hù)有必要使用更高的帶寬。配有 RTSA 的 PXA 可為實(shí)時(shí)測量提供高達 160 MHz 的分析帶寬，足以應對當前的寬帶信號和信號環(huán)境。無(wú)間隙帶寬不僅適用于實(shí)時(shí)頻譜分析，而且還適用于 FMT、無(wú)間隙時(shí)間捕捉以及中頻觸發(fā)的實(shí)時(shí)幅度計算。

　　另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是：實(shí)時(shí) PXA 不同于部分類(lèi)似產(chǎn)品，它始終能夠在高達 160 MHz 的帶寬范圍內收集無(wú)間隙數據。實(shí)時(shí)模式始終可以捕獲間歇信號或快速變化的信號的細節，用戶(hù)對這一點(diǎn)充滿(mǎn)信心。

　　動(dòng)態(tài)范圍

　　實(shí)時(shí) PXA 可在 160 MHz 帶寬范圍內提供高達 -75 dB 的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍，當存在大信號時(shí)，支持用戶(hù)對小型的快速偶發(fā)信號進(jìn)行檢測。動(dòng)態(tài)范圍通過(guò) PXA 的低本底噪聲而得到增強，在處理極小信號時(shí)，還可通過(guò)添加“低噪聲路徑”選件(在處理高電平信號的同時(shí)還能改進(jìn)靈敏度)得到進(jìn)一步加強。在所有情況下，PXA 的低本底噪聲會(huì )增強區分小信號和噪聲的能力。

　　截獲概率

　　POI 是實(shí)時(shí)頻譜分析的關(guān)鍵基準。實(shí)時(shí) PXA 能夠檢測低至 5.0 ns 的信號，保證100%截獲概率時(shí)(全幅度精度)可檢測低至 3.57 µs 的信號。無(wú)間隙分析只是 POI 的其中一部分，影響儀器分析性能的其它因素包括分析儀和處理器動(dòng)態(tài)范圍(包含靈敏度)、采樣帶寬、處理的連續性和 FFT 重疊處理(用于窗功能形狀補償)。

　　集成分析能力

　　在某些情況下，只需找出偶發(fā)信號就夠了：例如只需知道某個(gè)信號存在，或者只需找到大致頻譜形狀，就足夠解答某些疑問(wèn)、確認問(wèn)題或建議解決方案了。在其它情況下，找出偶發(fā)信號只是解決系統或信號環(huán)境中問(wèn)題的第一步。

　　結合使用 VSA 軟件和實(shí)時(shí) PXA，可對在實(shí)時(shí)模式中采集的信號進(jìn)行全面分析與解調。此外，實(shí)時(shí) FMT 可將VSA全部的測量功能——包括解調和時(shí)間捕獲(圖 3)聚焦于難以捕捉的信號上。在對信號源(例如壓控振蕩器 VCO)當中的調制瞬態(tài)信號、跳頻信號、頻率穩定過(guò)程、無(wú)意瞬態(tài)信號進(jìn)行測量時(shí)，上述功能尤為適用?！　?/p>

 

　　充分利用在實(shí)時(shí)模式中采集的信號

　　您需要額外關(guān)注兩個(gè)功能：直方圖/密度顯示和頻率模板觸發(fā)。

　　直方圖或密度顯示

　　實(shí)時(shí)頻譜分析儀每秒鐘可以生成數千個(gè)頻譜，以便捕獲捷變頻信號或轉瞬即逝的信號的動(dòng)態(tài)。這種高速信號超出了人眼的分辨能力范圍，因而有必要通過(guò)單個(gè)顯示軌跡來(lái)顯示海量的測量數據。實(shí)時(shí) PXA 每秒鐘可生成將近 300,000 個(gè)頻譜。然而，大多數人只能看到 30 個(gè)頻譜。為了更好地觀(guān)察實(shí)時(shí)測量結果，每種顯示更新都應當顯示大約 10,000 個(gè)結果。

　　通過(guò)編譯統計數據并顯示特定測量值的出現頻率(例如在特定頻率上的特定幅度)，實(shí)時(shí)分析儀將會(huì )構建信息豐富的顯示圖。測量結果直方圖屬于增強的頻譜測量特性，用以顯示測量值的出現頻率。有些人可能將其視為概率的一種原始表達方式。

　　顯示結果以彩色或強度編碼顯示。隨著(zhù)舊數據的消失，可通過(guò)添加持久函數來(lái)重點(diǎn)觀(guān)測近期事件。軌跡數據(最近次顯示更新或平均值)被加以覆蓋產(chǎn)生軌跡，看起來(lái)類(lèi)似于傳統頻譜測量。

　　這種方法幫助工程師能夠查看并關(guān)注偶發(fā)事件或瞬時(shí)事件，并把它們和其它事件區分開(kāi)來(lái)。通過(guò)改變余輝和加權值或方案，特定事件將被突出顯示。實(shí)時(shí) PXA 為余輝顯示提供完整的軌跡游標功能，支持用戶(hù)對測量結果進(jìn)行解釋和分析。

　　FMT 技術(shù)與應用

　　在查看特定信號時(shí)，FMT 可對高速數據流與用戶(hù)定義的頻譜模板進(jìn)行比較。模板范圍被超出或信號進(jìn)入模板區域內，就會(huì )生成一個(gè)觸發(fā)。當信號進(jìn)入或重新進(jìn)入模板區域時(shí)，可對其進(jìn)行條件觸發(fā)。這個(gè)功能在信號離開(kāi)模板或重新進(jìn)入模板等情況下的條件觸發(fā)時(shí)尤其有用。

　　在實(shí)時(shí) PXA 中，模板由上限和下限構成，能以數字或圖形方式輸入。分析儀利用測量信號環(huán)境自動(dòng)生成一個(gè)模板，允許用戶(hù)根據需求修改，從而節省測量時(shí)間。為了簡(jiǎn)化這一過(guò)程，模板與實(shí)時(shí)測量軌跡同時(shí)顯示。

　　FMT 能夠用來(lái)生成相對頻繁的連續觸發(fā)。與此相比，FMT 的一個(gè)最強大的用處在于測量那些被測行為非常偶現，間隔長(cháng)達數分鐘乃至數小時(shí)的行為事件。借助 VSA 軟件，預觸發(fā)和后觸發(fā)時(shí)延功能可以捕獲事件的起始和結束，或是兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的任意信號。

　　提升常見(jiàn)工具的利用率

　　目前的經(jīng)濟形勢使得大多數企業(yè)面臨更大的壓力，它們必須充分發(fā)揮傳統信號分析儀等現有設備的效用。另一方面，嚴格的支出控制使得調整更換單用途工具(例如專(zhuān)用實(shí)時(shí)分析儀)的變得更加困看。

　　這正是安捷倫致力于開(kāi)發(fā) RTSA 升級選件的主要原因之一，該選件可添加至新型或現有 PXA 信號分析儀。同時(shí)也是 PXA 在設計之初就支持后續功能添加(例如 RTSA)的原因所在。由此，安捷倫為用戶(hù)交付集傳統功能和實(shí)時(shí)分析功能于一體的綜合型儀器，無(wú)論采用哪一種模式，均可提供始終如一的性能。