頻譜儀or 示波器?

射頻信號分析儀器

到底怎么選?

這可能是射頻工程師最頭疼的問題了

示波器與信號與頻譜分析儀在頻域分析性能上各有所長，功能也各有重疊。信號與頻譜分析儀在靈敏度等技術(shù)指標上更勝一籌，示波器在實時帶寬上更為出色，現(xiàn)今的實時示波器所具有的帶寬使其能夠直接采集微波甚至毫米波 (mmWave) 信號，為射頻工程師開啟全新可能。

因此，在測量不同類型的射頻信號時，需要根據(jù)特定的測試需求和兩種儀器的技術(shù)特點進行具體分析。

下面我們將重點討論兩種儀器之間的差異，并通過一些具體應用展示這兩種儀器是如何理想滿足相關(guān)測量的典型要求的。

信號與頻譜分析儀

信號與頻譜分析儀覆蓋的頻率范圍高達85 GHz及以上，可應用于無線、蜂窩或衛(wèi)星通訊、雷達或物聯(lián)網(wǎng)的大部分應用的開發(fā)、生產(chǎn)、安裝和維護活動。對于這些應用，顯示平均噪聲電平 (DANL)、動態(tài)范圍和頻率范圍等參數(shù)以及其他有關(guān)功能和測量速度的嚴格要求顯得尤為重要。此外，信號與頻譜分析儀還用于進行時域測量，例如測量時分復用系統(tǒng)的發(fā)射機輸出功率隨時間的變化。

支持寬帶頻譜

信號與頻譜分析儀可顯示選定分辨率帶寬下電平與頻率的關(guān)系，用于測量信號電平或帶寬等基本信號參數(shù)。通過屏幕上顯示的信號形狀可以估算更多參數(shù)，例如濾波器設(shè)置或頻率響應。

頻譜中的其他測量包括雜散發(fā)射檢測、信噪比 (SNR) 測量或多余雜散發(fā)射檢測。信號與頻譜分析儀具有頻率選擇性，即一次僅考慮部分頻譜。這種特性使其能夠?qū)崿F(xiàn)高動態(tài)范圍，在強載波信號附近甚至可以顯示非常小的信號。

使用R&S的FSW等現(xiàn)代信號與頻譜分析儀，可以在單次測量中測量和顯示從2 Hz到85 GHz的整個頻譜。借助外部混頻器，還可將顯示的頻率范圍擴增數(shù)百GHz。

確保一致性

多項標準和法規(guī)要求進行頻譜測量以確保一致性。在移動無線電應用中，將執(zhí)行鄰道功率比 (ACLR)、頻譜發(fā)射模板 (SEM)、大頻率范圍的雜散發(fā)射等測量，這些測量需要在強信號附近測量非常小的電平。信號與頻譜分析儀是首選的測量設(shè)備，因為頻率選擇性能夠滿足這些標準所要求實現(xiàn)的動態(tài)范圍。

使用信號與頻譜分析儀測量頻譜發(fā)射模板 (SEM)

ACLR的測量與SEM類似。但與SEM不同的是，需要關(guān)注的并非單獨的雜散，而是通信信號相鄰通道的信號功率。這種鄰道功率泄漏是設(shè)計高效功率放大器時常會遇到的挑戰(zhàn)。信號與頻譜分析儀提供了根據(jù)相應的標準執(zhí)行此類測量所需的動態(tài)范圍。

鄰道泄漏比 (ACLR) 測量需要高動態(tài)范圍，可使用信號與頻譜分析儀執(zhí)行

電磁干擾 (EMI) 方面同樣需要確保一致性。相應的EMI標準要求使用適當?shù)?EMI 檢測器 (準峰值、CISPR-Average和MS-Average (CISPR-RMS)) 測量最低數(shù)量的雜散。信號與頻譜分析儀可進行對應的預一致性測量。

使用信號與頻譜分析儀進行EMI預一致性測量

頻率選擇性

頻率選擇性是信號與頻譜分析儀有別于功率傳感器或示波器等其他射頻測量儀器的一項基本特性。掃描頻譜模式下的信號與頻譜分析儀一次僅考慮一小部分頻譜。在低頻端將去除信號中的直流分量。在通常為7 GHz至8 GHz的頻率下，使用一種稱為預選器的可調(diào)帶通濾波器從其通帶中去除信號分量。頻率選擇性可增加動態(tài)范圍，這樣即使存在更高功率的信號，也仍能檢測到較小信號。

信號分析能力

除了信號與頻譜分析儀，現(xiàn)今的分析儀還支持信號分析。使用混頻器將射頻信號一次或兩次混頻降至中低頻，并使用A/D轉(zhuǎn)換器在大帶寬上執(zhí)行采樣，然后對采樣后的信號下變頻到基帶并進行均衡處理。高達1 GHz的信號分析帶寬現(xiàn)在已經(jīng)相當普遍，F(xiàn)SW等現(xiàn)代信號與頻譜分析儀甚至支持最高8.3 GHz的分析帶寬。通過這種方式獲得的數(shù)字I/Q值包含帶寬和動態(tài)范圍內(nèi)的所有信號信息，以便對信號做進一步處理。

使用信號與頻譜分析儀進行數(shù)字信號分析

信號與頻譜分析儀結(jié)合使用適合特定應用的測量，可對信號進行詳細分析。例如，通信信號的重要參數(shù)是調(diào)制質(zhì)量，通常包括誤差矢量幅度 (EVM)、I/Q偏移或不平衡以及導頻與數(shù)據(jù)信道的電平比。對于雷達應用的脈沖信號，則包括整個脈沖持續(xù)時間內(nèi)的相位、頻率、調(diào)制和電平。頻譜分析儀或VSE等PC軟件中給出了相應的測量應用。

對5G NR信號進行信號分析。測量應用將顯示EVM、功率譜和星座圖等關(guān)鍵參數(shù)。

支持進一步的測量

高頻設(shè)備從前期開發(fā)到批量生產(chǎn)的過程中，需要在組件、模塊以及最終的產(chǎn)品級別進行多種測量。對于放大器而言，噪聲系數(shù)和增益的測量必不可少，而對振蕩器來說，相位噪聲測量是不可或缺的。這些測量都可借助信號與頻譜分析儀以及相應的測量應用來完成。

使用信號與頻譜分析儀結(jié)合專門的測量應用對低噪聲放大器進行噪聲系數(shù)和增益測量。由于消除了分析儀的固有噪聲，使用Y因子方法可以實現(xiàn)幾乎低至熱噪聲本底的非常精確的測量。

使用信號與頻譜分析儀測量相位噪聲。相位噪聲測量通常在頻譜模式下進行，而在I/Q模式下則可進行更復雜的測量，這樣可以分離AM和PM噪聲或?qū)ζ圃催M行頻率追蹤。

高端信號與頻譜分析儀能提供更深層次的測量，例如：連續(xù)的實時頻譜分析和連續(xù)的數(shù)字I/Q數(shù)據(jù)流。

總結(jié)一下，信號與頻譜分析儀的優(yōu)勢主要源自它的頻率選擇性：

通過頻率選擇性實現(xiàn)高動態(tài)范圍：低電平信號也可在強信號附近進行分析，符合標準的ACLR和SEM測量通常只有通過頻譜分析儀才能實現(xiàn)

憑借信號解調(diào)，大動態(tài)范圍帶來高質(zhì)量測量結(jié)果：特別是對于具有大帶寬和高峰均比的信號，可以獲得更好的結(jié)果，即更理想的EVM值

最大頻率非常高，從最小頻率到最大頻率連續(xù)掃描

根據(jù)帶寬大小，可進行超長時間流暢記錄

支持相位噪聲和噪聲系數(shù)/增益測量應用

支持連續(xù)的實時頻譜分析的測量應用

關(guān)于羅德與施瓦茨

羅德與施瓦茨是測試與測量、系統(tǒng)與方案、網(wǎng)絡與網(wǎng)絡安全領(lǐng)域的領(lǐng)先供應商。公司成立已超過85年，總部設(shè)在德國慕尼黑，在全球70多個國家設(shè)有子公司。作為一家獨立的科技集團，羅德與施瓦茨創(chuàng)新性的產(chǎn)品和解決方案為全球工業(yè)及政府客戶提供了一個更安全與互聯(lián)的世界。截至2021年6月30日，羅德與施瓦茨公司在全球擁有約13000名員工。

原文標題：頻譜儀 or 示波器? 一文治愈你的選擇困難癥(上)

文章出處：【微信公眾號：羅德與施瓦茨中國】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

審核編輯：湯梓紅