實時頻譜儀-工作原理

1、實時頻譜分析儀（RTSA），這是基于快速傅利葉（FFT）的儀表，可以實時捕獲各種瞬態(tài)信號，同時在時域、頻域及調制域對信號進行全面分析，滿足現(xiàn)代測試的需求。一、實時頻譜分析儀的工作原理在存在被測信號的有限時間內提取信號的全部頻譜信息進行分析并顯示其結果的儀器主要用于分析持續(xù)時間很短的非重復性平穩(wěn)隨機過程和暫態(tài)過程，也能分析40兆赫以下的低頻和極低頻連續(xù)信號，能顯示幅度和相位。傅里葉分析儀是實時式頻譜分析儀，其基本工作原理是把被分析的模擬信號經模數(shù)變換電路變換成數(shù)字信號后，加到數(shù)字濾波器進行傅里葉分析；由中央處理器控制的正交型數(shù)字本地振蕩器產生按正弦律變化和按余弦律變化的數(shù)字本振信號，也加到數(shù)字濾

2、波器與被測信號作傅里葉分析。正交型數(shù)字式本振是掃頻振蕩器，當其頻率與被測信號中的頻率相同時就有輸出，經積分處理后得出分析結果供示波管顯示頻譜圖形。正交型本振用正弦和余弦信號得到的分析結果是復數(shù)，可以換算成幅度和相位。分析結果也可送到打印繪圖儀或通過標準接口與計算機相連。二、實時頻譜分析儀中的數(shù)字信號處理技術1. IF 數(shù)字轉換器一般會數(shù)字化以中間頻率(IF)為中心的一個頻段。這個頻段或跨度是可以進行實時分析的最寬的頻率范圍。在高IF 上進行數(shù)字轉換、而不是在DC 或基帶上進行數(shù)字轉換，具有多種信號處理優(yōu)勢(雜散性能、DC抑制、動態(tài)范圍等)，但如果直接處理，可能要求額外的計算進行濾波和分析。2.

3、 采樣內奎斯特定理指出，對基帶信號，只需以等于感興趣的最高頻率兩倍的速率取樣3. 具有數(shù)字采集的系統(tǒng)中觸發(fā)能夠以數(shù)字方式表示和處理信號，并配以大的內存容量，可以捕獲觸發(fā)前及觸發(fā)后發(fā)生的事件。數(shù)字采集系統(tǒng)采用模數(shù)轉換器(ADC)，在深內存中填充接收的信號時戳。從概念上說，新樣點連續(xù)輸送到內存中，最老的樣點將離開內存。4. 建立頻率模板頻率模板觸發(fā)(也稱為頻域觸發(fā))先要定義一個屏幕上模板。這種定義通過一個頻點及幅度集合完成。模板可以逐點定義，也可以使用鼠標或其它指向設備以圖形方式畫出?？梢栽O成在模板邊界外面的信號“突入”邊界時觸發(fā)，也可以設置成在模板邊界內部的信號“突出”邊界時觸發(fā)。圖*顯示了一個

4、定義的頻率模板，允許通過信號的正常頻譜，但不允許瞬時畸變通過。圖*顯示了在信號瞬時超過模板時觸發(fā)的采集的頻譜圖。圖*顯示了超過模板的第一個幀的頻譜。5.基帶DSP幾乎所有實時頻譜分析儀測量都是通過DDC/ 采樣模塊生成的、存儲在采集內存中的I和Q數(shù)據(jù)流的數(shù)字信號處理(DSP)進行的。下面介紹了DSP 實現(xiàn)的部分主要功能模塊。5.1校準/ 歸一化校準和歸一化補償模數(shù)轉換器之前的模擬電路的增益和頻響。5.2濾波除IF 和DDC/ 采樣器中的濾波器外，許多測量和校準過程要求濾波。濾波以數(shù)字方式在內存中存儲的I和Q樣點上完成。5.3定時、同步和二次取樣信號之間的定時關系對許多現(xiàn)代RF系統(tǒng)非常關鍵，提供

5、頻譜、調制和功率時間相關分析，允許測量和研究各種RF特點之間的時間關系。解調和脈沖處理需要時鐘同步和信號二次取樣。6快速傅立葉變換分析快速傅立葉變換(FFT)是實時頻譜分析儀的核心。在RSA中，一般采用FFT算法，把時域信號變換成頻域頻譜。FFT流程始于正確采樣和濾波的基帶I和Q成分。FFT在取樣的時間信號上操作，生成長度相同的取樣的頻率函數(shù)。FFT中的樣點數(shù)量通常是2 的冪，也稱為FFT 長度。7. 窗口在離散傅立葉變換和FFT 分析中，一個固有的假設是要處理的數(shù)據(jù)是單個周期定期重復的信號。在進行FFT 處理前對FFT 幀采用窗口技術，以降低頻譜泄漏的影響。窗口的另一個影響是，這個窗口改動的時域數(shù)據(jù)會產生一個FFT 輸出頻譜。8. FFT 后的信號處理通過加總每個FFT 二元組