實(shí)時(shí)頻譜儀-工作原理

1、實(shí)時(shí)頻譜分析儀（RTSA），這是基于快速傅利葉（FFT）的儀表，可以實(shí)時(shí)捕獲各種瞬態(tài)信號(hào)，同時(shí)在時(shí)域、頻域及調(diào)制域?qū)π盘?hào)進(jìn)行全面分析，滿足現(xiàn)代測試的需求。一、實(shí)時(shí)頻譜分析儀的工作原理在存在被測信號(hào)的有限時(shí)間內(nèi)提取信號(hào)的全部頻譜信息進(jìn)行分析并顯示其結(jié)果的儀器主要用于分析持續(xù)時(shí)間很短的非重復(fù)性平穩(wěn)隨機(jī)過程和暫態(tài)過程，也能分析40兆赫以下的低頻和極低頻連續(xù)信號(hào)，能顯示幅度和相位。傅里葉分析儀是實(shí)時(shí)式頻譜分析儀，其基本工作原理是把被分析的模擬信號(hào)經(jīng)模數(shù)變換電路變換成數(shù)字信號(hào)后，加到數(shù)字濾波器進(jìn)行傅里葉分析；由中央處理器控制的正交型數(shù)字本地振蕩器產(chǎn)生按正弦律變化和按余弦律變化的數(shù)字本振信號(hào)，也加到數(shù)字濾

2、波器與被測信號(hào)作傅里葉分析。正交型數(shù)字式本振是掃頻振蕩器，當(dāng)其頻率與被測信號(hào)中的頻率相同時(shí)就有輸出，經(jīng)積分處理后得出分析結(jié)果供示波管顯示頻譜圖形。正交型本振用正弦和余弦信號(hào)得到的分析結(jié)果是復(fù)數(shù)，可以換算成幅度和相位。分析結(jié)果也可送到打印繪圖儀或通過標(biāo)準(zhǔn)接口與計(jì)算機(jī)相連。二、實(shí)時(shí)頻譜分析儀中的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)1. IF 數(shù)字轉(zhuǎn)換器一般會(huì)數(shù)字化以中間頻率(IF)為中心的一個(gè)頻段。這個(gè)頻段或跨度是可以進(jìn)行實(shí)時(shí)分析的最寬的頻率范圍。在高IF 上進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換、而不是在DC 或基帶上進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，具有多種信號(hào)處理優(yōu)勢(雜散性能、DC抑制、動(dòng)態(tài)范圍等)，但如果直接處理，可能要求額外的計(jì)算進(jìn)行濾波和分析。2.

3、 采樣內(nèi)奎斯特定理指出，對基帶信號(hào)，只需以等于感興趣的最高頻率兩倍的速率取樣3. 具有數(shù)字采集的系統(tǒng)中觸發(fā)能夠以數(shù)字方式表示和處理信號(hào)，并配以大的內(nèi)存容量，可以捕獲觸發(fā)前及觸發(fā)后發(fā)生的事件。數(shù)字采集系統(tǒng)采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，在深內(nèi)存中填充接收的信號(hào)時(shí)戳。從概念上說，新樣點(diǎn)連續(xù)輸送到內(nèi)存中，最老的樣點(diǎn)將離開內(nèi)存。4. 建立頻率模板頻率模板觸發(fā)(也稱為頻域觸發(fā))先要定義一個(gè)屏幕上模板。這種定義通過一個(gè)頻點(diǎn)及幅度集合完成。模板可以逐點(diǎn)定義，也可以使用鼠標(biāo)或其它指向設(shè)備以圖形方式畫出?？梢栽O(shè)成在模板邊界外面的信號(hào)“突入”邊界時(shí)觸發(fā)，也可以設(shè)置成在模板邊界內(nèi)部的信號(hào)“突出”邊界時(shí)觸發(fā)。圖*顯示了一個(gè)

4、定義的頻率模板，允許通過信號(hào)的正常頻譜，但不允許瞬時(shí)畸變通過。圖*顯示了在信號(hào)瞬時(shí)超過模板時(shí)觸發(fā)的采集的頻譜圖。圖*顯示了超過模板的第一個(gè)幀的頻譜。5.基帶DSP幾乎所有實(shí)時(shí)頻譜分析儀測量都是通過DDC/ 采樣模塊生成的、存儲(chǔ)在采集內(nèi)存中的I和Q數(shù)據(jù)流的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)進(jìn)行的。下面介紹了DSP 實(shí)現(xiàn)的部分主要功能模塊。5.1校準(zhǔn)/ 歸一化校準(zhǔn)和歸一化補(bǔ)償模數(shù)轉(zhuǎn)換器之前的模擬電路的增益和頻響。5.2濾波除IF 和DDC/ 采樣器中的濾波器外，許多測量和校準(zhǔn)過程要求濾波。濾波以數(shù)字方式在內(nèi)存中存儲(chǔ)的I和Q樣點(diǎn)上完成。5.3定時(shí)、同步和二次取樣信號(hào)之間的定時(shí)關(guān)系對許多現(xiàn)代RF系統(tǒng)非常關(guān)鍵，提供

5、頻譜、調(diào)制和功率時(shí)間相關(guān)分析，允許測量和研究各種RF特點(diǎn)之間的時(shí)間關(guān)系。解調(diào)和脈沖處理需要時(shí)鐘同步和信號(hào)二次取樣。6快速傅立葉變換分析快速傅立葉變換(FFT)是實(shí)時(shí)頻譜分析儀的核心。在RSA中，一般采用FFT算法，把時(shí)域信號(hào)變換成頻域頻譜。FFT流程始于正確采樣和濾波的基帶I和Q成分。FFT在取樣的時(shí)間信號(hào)上操作，生成長度相同的取樣的頻率函數(shù)。FFT中的樣點(diǎn)數(shù)量通常是2 的冪，也稱為FFT 長度。7. 窗口在離散傅立葉變換和FFT 分析中，一個(gè)固有的假設(shè)是要處理的數(shù)據(jù)是單個(gè)周期定期重復(fù)的信號(hào)。在進(jìn)行FFT 處理前對FFT 幀采用窗口技術(shù)，以降低頻譜泄漏的影響。窗口的另一個(gè)影響是，這個(gè)窗口改動(dòng)的時(shí)域數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)FFT 輸出頻譜。8. FFT 后的信號(hào)處理通過加總每個(gè)FFT 二元組