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                1684

　　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。

　　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。

　　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。

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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