RF发展激化“实时频谱分析仪”的成长
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2006-03-07 00:00
前言:
如果问什么是这几年最令人惊艳的前沿技术,无线技术肯定是当仁不让的选项之一;放眼环视生活周遭,手机、笔记本电脑、微波炉等遍地可见Wireless的踪迹;因为贪恋数据传输及处理的便利性和实时性,许多无线应用正加速转向数字RF发展,以彻头彻尾地全面利用计算机技术;这样的趋势虽然对科技进化贡献良多,却也造成RF频谱格外拥挤。加上高速嵌入式数字信号运行微波频率,都使得监控和智能采集技术的使用量大幅提高。
虽然RF的重要性日益提高,但用来测试数字RF的工具相对缺乏,且更高的集成度往往意味着工程人员必须有能力对复杂的多信号频谱分类,并须在突发的瞬时嵌入式设计中调试设备……都为工程人员带来了极大的压力,对测量仪器的要求也就越趋精细。于是,从20世纪60年代起纵横业界近30年的频谱分析仪已不敷使用,而90年代叱咤一时的向量频谱分析仪,也已经由时下流行的“实时频谱分析仪”所取代。
明察秋毫 见前所未见者
早期的谱频分析仪只有一个频率构面,以横断面逐一扫频的方式来纠出有问题的谱率波形,只提供了静态的一维信号信息;而后起之秀的实时频谱分析仪(RTSA)则多考虑了“时间”的因子,成二维的测量方式,可进行无缝捕获。这种信号采集技术不仅保证捕获传统分析仪通常会漏掉的信号,而且还提供了与时间相关的、深入的多域分析功能。
为了更精确地捕获特定的波形,测量仪器大厂──泰克公司研发出一套“频率模板触发”技术,让使用者先行定义一个用来触发频域中特定事件的频率模板,以可靠地检测和捕获电平触发器在拥挤的频谱环境中查看不了的难检RF信号。以短程无线ZigBee的数据捕获为例,RTSA可以使用FMT(频率模板触发)先行采集ZigBee分组信号,定时测量准确简单,只有在生成信号时才能采集信号,多域视图可以在多个域中更深入地进行分析;以功率测量为例,可从分组中取样的所有数据内计算载频后,再求这个分组的平均功率,还可做进一步的定时分析(例如每隔100ms周期轮询一次、规定Tx到Rx的周转时间,或规范12个符号周期等)。
在解调分析上,由于每个测量点都会与“时间”高度相关,而时间又会随功率变化,误差向量幅度(EVM)也会随时间变化……环环相扣着。因此,取得同步更新的信息是很重要的。泰克的频谱分析仪可将眼图以分组指定位置的方式呈现,且标尺可在时间与功率对照表、符号表和星座图等3个视图之间同步变换;显示IQ波形的星座图一旦发生位移状况,其它两个图也会随之同步更新。而在如RFID最重要的载波功率量测上,泰克的频谱分析仪对上升/下降/稳定时间,以及过冲和下冲等也有良好的掌握。
其次,在“信号源分析”上,则有以下重点:(1)相噪:功率谱噪声密度、积分相噪;(2)相噪稳定时间:测量跳频信号上的相噪;(3)随机抖动:随时间变化及回复稳定所需的时间;(4)最大周期抖动:最坏情况下随机抖动随时间变化;(5)噪声图:相噪随时间变化,以及杂散信号等。泰克公司旗下RSA2200A和RSA3300A系列产品,可满足从频谱监测到元器件评估诸多需求,为各种通用RF应用优化的实时频谱分析仪;其中RSA3300A系列的频率模板触发功能可以触发干扰信号,无缝地捕获记录,其中包含触发前、触发中和触发后的事件,并进一步分析测量期间的信号行为。
泰克独有的36MHz频率模板触发技术,在频域中发生任何变化时触发采集,简便地根据事件捕获瞬变信号、脉冲或间歇性RF信号,并可把高达36MHz的跨度内的所有信号捕获到内存中。同时为满足高频所需,记录长度长达1.28秒(s),让工程师在测量期间能全面进行分析,而不需进行多次采集。搭配频域、时域和调制域时间等相关多个同步视图,可从独特的角度理解随时间变化的RF信号:
● 分辨率高达20ns的频谱图,使工程师能查看过去根本无法察觉的信号不稳定性和瞬变;
● 内置802.11 a/b/g程序,高效分析WLAN模块和系统;
● 3G测量通用性高,支持W-CDMA、CDMA2000、1XEVD0、HSDPA和TD-SCDMA RF等谱频规格和调制分析;
● 全面的脉冲式RF信号检定套件,有助迅速了解各个脉冲或一串脉冲的行为,分析雷达信号及其它脉冲式信号。
这样的一套谱频分析工具,可广泛应用于集成WLAN、多信道无线系统、WLAN/无线综合器件的检测,并可用以检定雷达、其它脉冲式RF信号开发、调试RFID系统、干扰信号或未知信号等频谱内监测和监控,便于在元器件或模块开发过程中或在系统集成时进行诊断测试,有助解决难以捕捉的EMI问题,以及模拟和数字信号调制分析(矢量信号分析)。
结 语
由于谱频资源有限,要在本来已经非常拥挤的RF频谱中运行多种RF新器件,还要保证这些器件不会发送不想要的RF能量,甚至在受干扰时依然能够正常运行,这些都对RF器件的测试带来了更严峻的挑战。加上许多系统开始使用跳频、突发和调制技术以补偿干扰、改善频谱效率,使RF器件传输的复杂性不断提高;尤其在对安全要求不断提高的同时,人们再次把焦点放在实际环境中捕获和分析RF信号上……这些都迫使量测技术必须以更快的革新速度跑在众家应用的前头。
如何正确触发、捕获、全面分析和检测当前复杂随时间变化的RF信号?正变得越来越关键。因此,实时频谱分析仪理所当然地成为设计、制造、调试和维护射频(RF)器件工程师所迫切需要的。通过查看电路问题,泰克公司的实时频谱分析仪明显改善了客户调试RF系统的能力。利用RSA3408A提供的功能,促进和加快电路检测、系统集成和检验,从简单的RFID标记到复杂的综合WLAN 蜂窝系统,对各种器件中使用的新兴技术进行行业标准认证。此外,它能够在由几千个脉冲组成的脉冲串中识别、捕获和分析各个脉冲的仪器,使远程传感和位置识别设备及系统的设计人员能够获得全新的信息。