实时频谱-1.1基本概念

RF信号

RF（射频）是Radio Frequency的缩写，表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300KHz～30GHz之间。

中频

IF(intermediate frequency)，用来在中频衡量AM或FM调谐器抑制外来干扰的能力，数字越大越好。包含很多晶体管和电阻器的一块小型电子器件，它是大多数音频组件的基本组成部分。

在许多情况下，采用低于RF发送/接收载波频率的频率有利于RF /微波电子设备生成、调制、接收和解调通信和传感信号。调制/解调（基带）信号与RF信号之间的频率可能相差甚远，从而可能需要多个变频级。在这些情况下，RF和基带信号之间的上变频/下变频级中会产生一个中频（IF）。

中频是从射频变化到基带信号的过渡频率。以前的系统一般是从射频直接变到基带。现在的新的系统是射频->中频->基带称为两次变频。中频：50MHz ~ 500MHz

模数转换器

ADC（Analog-to-Digital Converter），指模/数转换器或者模数转换器。是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。真实世界的模拟信号，例如温度、压力、声音或者图像等，需要转换成更容易储存、处理和发射的数字形式。模/数转换器可以实现这个功能，在各种不同的产品中都可以找到它的身影。

与之相对应的DAC，Digital-to-Analog Converter，它是ADC模数转换的逆向过程。

YIG滤波器

YIG滤波器是一种基于YIG(铻铁氧体)技术的滤波器，主要用于微波和毫米波频段的通信、雷达和卫星通信等应用。YIG滤波器具有高性能、宽带宽、低损耗和高功率处理能力等特点，因此被广泛应用于高频无线通信领域。

FFT

FFT是一种DFT的高效算法，称为快速傅立叶变换（fast Fourier transform）。傅里叶变换是时域一频域变换分析中最基本的方法之一。在数字处理领域应用的离散傅里叶变换(DFT：Discrete Fourier Transform)是许多数字信号处理方法的基础。

NCO

数字控制振荡器（NCO，numerically controlled oscillator）是软件无线电、直接数据频率合成器（DDS，Direct digital synthesizer）、快速傅立叶变换（FFT，Fast Fourier Transform）等的重要组成部分，同时也是决定其性能的主要因素之一，用于产生可控的正弦波或余弦波。随着芯片集成度的提高、在信号处理、数字通信领域、调制解调、变频调速、制导控制、电力电子等方面得到越来越广泛的应用。

I/Q

IQ信号又称同向正交信号，I为in-phase（同相），Q为quadrature（正交），与I的相位相差90°。IQ信号是连续信号在二维直角坐标系中的映射，通常用于基带信号的转换和重建。反映在直角坐标图上，IQ信号会变得更容易理解。

实时频谱分析仪

实时频谱分析仪（RSA Real-time Spectral Analyzer）又称实时频谱仪或时域波形发生器，是一种能够产生和显示各种频率信号的仪器。它通过采样电路从输入信号中分离出所需要的频率分量并放大，然后送到功率合成电路将各分量和电压混合后输出到显示设备上。

这种仪器可以发现 RF 信号中的难检效应，触发这些效应，把它们无缝捕获到存储器中，并在频域、时域、调制域、统计域和码域中分析这些效应。

“实时”一词源于早期的物理系统数字仿真工作。如果其工作速度与被仿真的实际系统一致，那么我们就说数字系统仿真是实时工作的。

实时分析信号意味着必须以足够快的速度执行分析操作，以准确地处理关心的频段中的所有信号成分。这一定义表明，我们必须：
1）以足够快的速度对输入信号采样，以满足内奎斯特标准。这意味着采样频率必须超过关心的带宽的两倍。
2）连续地足够快地执行所有计算，以便分析输出跟上输入信号的变化。

扫频分析仪

扫频分析仪（SA Sweep frequency analyzer）最初是使用纯模拟器件构建的，之后一直随着其服务的应用不断发展。当前一代扫频分析仪包括各种数字单元，如 ADC、DSP(数字信号处理) 和微处理器。但是，基本扫描方法在很大程度上保持不变，其最适合观测受控的静态信号。

扫频分析仪通过把关心的信号向下变频，并扫描通过解析带宽(RBW)滤波器的传输频带，来测量功率随频率变化。RBW 滤波器后面跟有一个检测器，检测器计算选择的频宽内每个频率点的幅度。尽管这种方法可以提供很高的动态范围，但其缺点在于，它一次只能计算一个频率点的幅度数据。这种方法基于这样一个假设，即分析仪能够完成多次扫描，而被测信号没有明显变化。结果，这种方法要求输入信号相对稳定及不变。如果信号迅速变化，那么在统计上可能会漏掉变化。

如图1-1所示，扫描查看频段 Fa，而在 Fb (左图)上发生了一个瞬时频谱事件。在扫描到达频段 Fb 时，事件已经消失，没有检测到事件(右图)。扫频分析仪结构没有提供一种可靠的方式，发现这类瞬态信号的存在，因此调试许多现代 RF 信号要求非常长的时间和大量的工作。除漏掉瞬时信号外，现代通信和雷达中使用的脉冲信号的频谱还可能会被错误地表示。如果不进行重复扫描，那么扫频分析仪结构不能表示脉冲占用的频谱。另外还要特别注意扫描速率和解析带宽。

矢量信号分析仪

矢量信号分析仪（VSA Vector signal analyzer），分析传送信号的数字调制要求进行矢量测量，以同时提供幅度信息和相位信息。图1-2b是简化的VSA方框图。

VSA 数字化仪器传输频带内部的所有RF 功率，把数字化的波形放到存储器中。存储器中的波形同时包含幅度信息和相位信息，DSP可以使用这些信息进行解调、测量或显示处理。在VSA内部，ADC数字化宽带IF信号，下变频、滤波和检测以数字方式完成。从时域到频域的变换使用 FFT 算法完成。VSA 测量调制参数，如 FM 偏差、码域功率和误差矢量幅度(EVM和星座图)。它还提供其它显示画面，如信道功率、功率随时间变化和频谱图。

尽管 VSA 增加了在存储器中存储波形的功能，但其分析瞬态事件的能力有限。在典型的 VSA 自由运行模式下，采集的信号必须存储在存储器中，然后才能
进行处理。这种批处理的串行特点意味着仪器对采集之间发生的事件是看不见的。它不能可靠地发现单次事件或偶发事件。可以使用偶发事件触发功能，在存储器中隔离这些事件。遗憾的是，VSA的触发功能有限。外部触发要求事先了解有问题的事件，这可能是不现实的。IF 电平触发要求总 IF 功率必须出现
可度量的变化，而在存在大的信号或信号频率变化、但幅度不变时，则不能隔离微弱的信号。而在当前的动态 RF 环境中，经常会发生这两种情况。

发现，触发，捕获，分析

RSA 使用实时数字信号处理(DSP)执行信号分析，DSP在存储器存储之前完成，而VSA结构则通常采用采集后处理。实时处理允许用户发现其它结构看不到的事件，并触发这些事件，可以选择性把事件捕获到存储器中。然后可以使用批处理在多个域中全面分析存储器内的数据。另外还可以使用实时DSP 引擎，执行信号调节、校准和某些类型的分析。

RSA的核心是实时处理模块。与VSA一样，它数字化宽捕获带宽。与VSA不同的是，实时引擎工作速度足够快，可以处理每个样点，而不会有空白，如图1-3所示。可以连续应用幅度和相位校正，补偿模拟IF和RF响应。不仅可以全面校正存储器中存储的数据，还可以执行所有后续实时处理，在校正的数据上操作。实时引擎支持下述功能，满足了现代 RF 分析的需求：
1）实时校正，改善模拟信号路径
2） DPX® 实时 RF 显示，可以发现扫频分析仪和 VSA 漏掉的事件
3）信号发生的持续性确定的DPX Density^TM测量和触发
4）高级时间判定触发，如欠幅脉冲触发，通用在高性能示波器中提供
5）频域触发，支持频率模板触发(FMT)
6）触发用户指定带宽，支持滤波功率触发
7）实时解调，允许用户“收听”繁忙频段中的特定信号
8）数字化数据的数字IQ流，允许不间断地输出信号，进行外部存储和处理

实时引擎不仅可以发现和触发信号，还可以执行许多重复的信号处理任务，释放基于软件的宝贵资源。与VSA一样，RSA 可以使用 DSP 进行采集后分析。它可以在时间相关的多个域中执行测量，并可以同时显示这些测量。