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)

圖 1. 實(shí)時(shí) PXA 是一款經(jīng)濟高效的解決方案，可以借助傳統的掃描分析來(lái)識別雜散信號，切換至實(shí)時(shí)模式以觀(guān)測脈沖雜散信號。

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)。

圖 2：實(shí)時(shí)操作存在于當計算速度足夠快且能夠對采樣數據進(jìn)行無(wú)間隙分析時(shí)。在本例中，CALC 操作包括快速傅立葉變換(FFT)計算或功率譜計算，以及平均值計算、顯示更新等。

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。

圖 3. FMT 可用于實(shí)時(shí)捕獲瞬時(shí)事件。矢量信號分析提供多種視圖，顯示時(shí)間選通頻譜(頂部)等細節，并同時(shí)顯示功率包絡(luò )(藍色)和時(shí)間波形(綠色)。

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。