矢量信號分析儀原理

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1、矢量信號分析儀原理矢量信號分析儀是常用的進行雷達(dá)和無線通訊信號分析的儀器。????模擬掃描調(diào)諧式頻譜分析儀使用超外差技術(shù)覆蓋廣泛的頻率范圍;從音頻、微波直到毫米波頻率?？焖俑盗⑷~變換(FFT)分析儀使用數(shù)字信號處理(DSP)提供高分辨率的頻譜和網(wǎng)絡(luò)分析。如今寬帶的矢量調(diào)制(又稱為復(fù)調(diào)制或數(shù)字調(diào)制)的時變信號從FFT分析和其他DSP技術(shù)上受益匪淺。VSA提供快速高分辨率的頻譜測量、解調(diào)以及高級時域分析功能，特別適用于表征復(fù)雜信號，如通信、視頻、廣播、雷達(dá)和軟件無線電應(yīng)用中的脈沖、瞬時或調(diào)制信號。????圖1顯示了一個簡化的VSA方框圖。VSA采用了與傳統(tǒng)

2、掃描分析截然不同的測量方法;融入FFT和數(shù)字信號處理算法的數(shù)字中頻部分替代了模擬中頻部分。傳統(tǒng)的掃描調(diào)諧式頻譜分析是一個模擬系統(tǒng);而VSA基本上是一個使用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和數(shù)學(xué)算法來進行數(shù)據(jù)分析的數(shù)字系統(tǒng)。VSA軟件可以接收并分析來自許多測量前端的數(shù)字化數(shù)據(jù)，使您的故障診斷可以貫穿整個系統(tǒng)框圖。圖1.矢量信號分析過程要求輸入信號是一個被數(shù)字化的模擬信號，然后使用DSP技術(shù)處理并提供數(shù)據(jù)輸出;FFT算法計算出頻域結(jié)果，解調(diào)算法計算出調(diào)制和碼域結(jié)果。?????VSA的一個重要特性是它能夠測量和處理復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，即幅度和相位信息。實際上，它之所以被稱為“矢量信號分析”正

3、是因為它采集復(fù)數(shù)輸入數(shù)據(jù)，分析復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，并輸出包含幅度和相位信息的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)果。矢量調(diào)制分析執(zhí)行測量接收機的基本功能。在下一篇“矢量調(diào)制分析基礎(chǔ)”中，您將了解到矢量調(diào)制與檢波的概念。在使用適當(dāng)前端的情況下，VSA可以覆蓋射頻和微波頻段，并能提供額外的調(diào)制域分析能力。這些改進可以通過數(shù)字技術(shù)來實現(xiàn)，例如模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，以及包含數(shù)字中頻(IF)技術(shù)和快速傅立葉變換(FFT)分析的DSP。因為要分析的信號變得越來越復(fù)雜，最新一代的信號分析儀已經(jīng)過渡到數(shù)字架構(gòu)，并且往往具有許多矢量信號分析和調(diào)制分析的能力。有些分析儀在對信號進行放大，或進行一次或多次下變頻之后

4、，就在儀器的輸入端數(shù)字化信號。在大部分現(xiàn)代分析儀中，相位連同幅度信息都被保留以進行真正的矢量測量。另一方面，其它的前端如示波器和邏輯分析儀等對整個信號進行數(shù)字化，同時也保留了相位和幅度信息。VSA無論作為合成的測量前端的一部分，還是單獨在內(nèi)部運行或在與前端相連的計算機上運行的軟件，它的分析能力都依賴于前端的處理能力，無論前端是綜合測量專用軟件，還是矢量分析測量動態(tài)信號并產(chǎn)生復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)果。?????VSA相比模擬掃描調(diào)諧分析有著獨特的優(yōu)勢。一個主要的優(yōu)勢是它能夠更好地測量動態(tài)信號。動態(tài)信號通常分為兩大類:時變信號或復(fù)數(shù)調(diào)制信號。時變信號是指在單次測量掃描

5、過程中，被測特性發(fā)生變化的信號(例如突發(fā)、門限、脈沖或瞬時信號)。復(fù)數(shù)調(diào)制信號不能用簡單的AM、FM或PM調(diào)制單獨描述，包含了數(shù)字通信中大多數(shù)調(diào)制方案，例如正交幅度調(diào)制(QAM)。圖2.掃描調(diào)諧分析顯示了一個窄帶IF濾波器對輸入信號的瞬時響應(yīng)。矢量分析使用FFT將大量時域采樣轉(zhuǎn)換到頻域頻譜。?????傳統(tǒng)的掃描頻譜分析實際上是讓一個窄帶濾波器掃過一系列頻率，按順序每次測量一個頻率。對于穩(wěn)定或重復(fù)信號，這種掃描輸入的方法是可行的，然而對掃描期間發(fā)生變化的信號，掃描結(jié)果就不能精確地代表信號了。還有，這種技術(shù)只能提供標(biāo)量(僅有幅度)信息，不過有些信號特征可以

6、通過進一步分析頻譜測量結(jié)果推導(dǎo)得出。????VSA測量過程通過信號“快照”或時間記錄，然后同時處理所有頻率，以仿真一系列并聯(lián)濾波器從而克服了掃描局限。例如，如果輸入的是瞬時信號，那么整個信號事件被捕獲(意味著該時刻信號的所有信息都被捕獲和數(shù)字化);然后經(jīng)過FFT運算，得出“瞬時”復(fù)數(shù)頻譜對頻率的關(guān)系。這一過程是實時進行的，所以就不會丟失輸入信號的任何部分?；谶@些，VSA有時又稱為“動態(tài)信號分析”或“實時信號分析”。不過，VSA跟蹤快速變化的信號的能力并不是無限制的。它取決于VSA所具有的計算能力。????并行處理為高分辨率(窄分辨率帶寬)測量帶來另一

7、個潛在的優(yōu)勢：那就是更短的測量時間。如果你曾經(jīng)使用過掃描調(diào)諧頻譜分析儀，就會知道在較小小頻率掃寬下的窄分辨率帶寬(RBW)測量可能非常耗時。掃描調(diào)諧分析儀對逐點頻率進行掃描的速度要足夠慢以使模擬分辨率帶寬濾波器有足夠的建立時間。與之相反，VSA可以一次性測量整個頻率掃寬。不過，由于數(shù)字濾波器和DSP的影響，VSA也有類似的建立時間。與模擬濾波器相比，VSA的掃描速度主要受限于數(shù)據(jù)采集和數(shù)字處理的時間。但是，VSA的建立時間與模擬濾波器的建立時間相比通常是可以忽略不計的。對于某些窄帶測量，VSA的測量速度可以比傳統(tǒng)的掃描調(diào)諧分析快1000倍。????在掃

8、描調(diào)諧頻譜分析中，掃描濾波器的物理帶寬限制了頻率分辨率。VSA沒有這一限制。VSA能夠分辨間隔