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频谱分析仪作用这么大你知道吗?【频谱仪维修】

发布时间:2021-06-11             西安安泰仪器维修中心    108


  频谱分析仪是在无线频谱中进行测量时必备的工具,本文安泰仪器维修中心将对实时频谱分析仪(RTSA)帮助排除无线电链路故障进行详细讲解。

  表征无线链路

  调试和表征无线连接要求一些基础知识,必需了解分析的无线电类型,包括:

  l 工作的频率或信道,以便了解查找频谱中的哪些频段。

  l 无线连接类型(蓝牙、WiFi、Zigbee、NFC),以便确定预计是哪类频谱签名。这还会表明特殊模式,如TDMA、跳频、FDMA操作等。

  l 发射机功率电平,这可以了解预计的干扰水平。

  l 最低接收机灵敏度,这指明了接收机对干扰信号的灵敏程度。

  有了这些信息,我们可以使用频谱分析仪,在一定程度上了解无线链路,表征RF环境。图1是传统扫频分析仪简化的方框图,可供参考。



频谱分析仪作用这么大你知道吗?【频谱仪维修】



  超外差频谱分析仪(SA)已经使用了许多年。使用这类仪器的挑战在于其工作的“扫频”特点。频谱画面上测量的东西在时间上不连贯,可能无法准确地表示频谱信息(特别是对TDMA信号)。即使是最快速的扫频分析仪,在查看采用跳频技术的发射机时,能力也是有限的。除基本频率相对于幅度关系画面外,某些制造商还提供了三维频谱图信息。在扫频分析仪中,这些信息从多次扫描中推导得出,因此在本质上,定时信息只能近似于脉冲式或频率捷变发射机中可能发生的情况。

  实时频谱分析仪(RTSA)提供的功能基本上与传统频谱分析仪相同,只是增加了部分关键功能。图2是基本实时频谱分析仪的方框图,可供参考。



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  RTSA和基本信号分析仪之间的主要差异之一是RTSA带宽指标。对最大实时频宽以下的任何频宽,RTSA不一定要扫描频率,但能够连续捕获频谱信息。RTSA也不限于一次一地了解关心的频段中具体发生的情况。但是,它不能提供与干扰信号的潜在效应有关的足够信息。基于这种特点,频谱显示画面并不能显示信号的时间交织。采用“零频宽”测量可以提供与脉冲幅度和持续时间有关的足够细节,但没有频率信息。

  三维频谱图测量正是为解决这类问题而设计的。与频谱显示一样,它在左侧显示低频率,在右侧显示高频率。与基本频谱显示不同,它用颜色表示幅度,所有这些信息都相对于Y轴的时间个画面。它可以同时分析频谱、三维频谱图和调制信息,因为这些信息来自连续采集,所以这些信息实现了时间相关。

  RTSA特别适合分析采用TDMA协议的系统,比如WiFi、蓝牙、ASK/FSK。对使用无需牌照的频段的设备来说,最大的问题之一是管理共享相同频谱的多台收发机所产生的效应。几乎所有法规都要求,在无需牌照的频段中工作的设备不能产生干扰,且必须接受存在的任何干扰。RTSA特别适合量化干扰效应,因为它能够连续捕获频谱信息。

  重要的RTSA功能包括快速频频谱速率(每秒采集10,000 ~ 3,000,000次)、能够连续记录频谱数据及整个RF环境随时间变化。其他主要功能包括时间、频率和幅度触发及时域、频域和调制测量相关。

  图3是实时频谱分析仪的数字荧光频谱显示画面。与典型频谱分析仪一样,画面显示了频率相对于幅度关系信息。此外,画面中的像素增加了颜色,告诉我们RF能量在该像素下测量的频次(像素占用度)。通过数字荧光频谱测量,用户可以指定衰落功能,提供一种荧光效应,模拟基于CRT的示波器中使用的显示器效果。它在显示画面中增加了周期性维度,显示了信号在关心的频段中实际被测量的频次。

  通过这种形式的实时频谱显示画面,我们可以“看到”接收机“看到”的东西,并且更深入绘制。三维频谱图本质上是一种条码记录仪,显示了频谱活动随时间变化。

  在扫频分析仪中,这种三维频谱图在时间上是不连贯的,因为仪器正在扫描频率。分析仪扫描频率,意味着频宽左侧的轨迹点发生的时间要早于右侧的轨迹点。因此,扫频分析仪捕获的三维频谱图中没有时序关系。

  但是,RTSA创建的三维频谱图由连续记录的频谱数据构成,而不是扫描。RTSA还有一个好处是整域相关,所以三维频谱图中的信息可以直接与其他测量相关,比如调制、功率、CCDF。

  图4是数字荧光显示及三维频谱图实例。本例中的数字荧光显示画面显示了存在的信号的大量细节。画面中心是较弱的宽带信号,其波峰因数很大。考虑到颜色很亮或“很暖”,这个信号的信道占用度很高(接近连续)。画面中还可以看到一个Wi-Fi信号,看上去工作频率在2.437 GHz (WiFi信道6)。画面中还有另外十几个信号,频率和功率各异。考虑到频谱形状和使用的频率,这些信号可能来自蓝牙设备。



频谱分析仪作用这么大你知道吗?【频谱仪维修】

尽管许多不同的服务采用上面测量的频谱,但这些信号是时间交织的,因此使用有源频谱共享技术时,链路质量没有损耗或几乎没有损耗。日常频谱分析日益要求实时频谱分析仪技术,来检验链路的工作方式是否达到预期。在历史上,RTSA一直局限于小众应用,而现代无线设计明确需要实时频谱分析的处理能力和灵活度,来调试系统级问题,表征工作模式。

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