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无线技术复杂度??升 频谱分析持续进化
满足工程师需求

【作者: 王岫晨】2021年05月11日 星期二

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频谱分析仪是在其频率范围内测量输入信号的频谱(幅值对频率关系)的仪器。它的主要作用是测量信号的功率谱。频谱分析仪的输入信号是电信号。但是只要搭配合适的赶测器,也可以测量声波、光波等其他信号的频谱。也有专门的光谱分析仪,能够用单色器之类的光学仪器直接测量光波的频谱。


透过分析电子信号,可以在频谱中观察到其主要频率、功率、失真、谐波、频宽,和其它频谱分量等。这些在时域波形中是不容易被探测到的,然而这些叁数在描述无线发射器等电子设备的特性时却是非常有用。


频谱分析仪显示的是在水平轴上的频率和垂直轴上的幅度。不经意地看,一台频谱分析仪像是一个示波器。事实上,一些实验室仪器在功能上既可以作为示波器,又可以作为频谱分析仪。


频谱分析功能持续进化

无线与广播技术近来发展迅速,也快速运用到多数人的日常生活之中。尤其在射频讯号的详尽测量、分析与评估上,频谱分析仪更是扮演重要的角色。无线技术持续发展出最新的应用,使频谱分析仪所需的复杂度、功能等级和效能也不断提高。因此为了满足工程师的需求,频谱分析仪必须持续进化。


Anritsu针对这样的需求,推出一系列的频谱分析仪,包含手持式和平台式,测量功能涵盖从50Hz到110GHz的频率,还可选择性透过外部混合解决方案延伸范围到325 GHz。Spectrum Master手持式频谱分析仪为现场环境提供了弹性,可用来找出、识别、记录和解决通讯系统的问题,同时亦能维持测量精度。MS2850A/MS2840A/MS2830A/MS2690A系列采用创新的分析技术,具有效能与精度,且价格经济实惠。


随着监管的要求越来越多、削减成本的压力越来越大,而提高系统的正常运行始终是最优先的考量。安立知的MS2712E Spectrum Master频谱分析仪易於使用、功能强且性价比高。借助这款为适应严酷的户外条件而设计的频谱分析仪,能够监控、定位、识别和分析各种范围的无线讯号,其中包括cellular、2G/3G/4G、 land mobile radio、Wi-Fi 和广播讯号。MS2712E有多个配置选件,其多功能效能够满足定位和识别宽广频率范围内的讯号的需求,无需再单独学习多种仪器的操作以及随身携带多种仪器。Spectrum Master特色如下:


* 测量:占用频宽、通道功率、ACPR、C/I、频谱发射遮罩


* 干扰分析:频谱图、讯号强度、RSSI、讯号ID、干扰映射


* 3GPP讯号分析 GSM/EDGE、W-CDMA/HSPA+、TD-SCDMA/HSPA+、LTE/LTE-A、TD-LTE/LTE-A


* 3GPP2讯号分析仪cdmaONE/CDMA20001X、CDMA20001xEV - DO


* IEEE 802.16的讯号分析固定WiMAX与移动WiMAX


* 数位电视ISDB-T、DVB-T/H讯号分析


* 20MHz的解析频宽


* 动态范围:> 102 dB in 1 Hz RBW


* DANL: -162 dBm in 1 Hz RBW


* 相位噪声(Phase Noise):-100 dBc /Hz 最大值 @10 kHz的偏移量在1 GHz


* 频率精准度:GPS开启状态下为<+/-50 ppb



图一 : 手持式频谱分析仪
图一 : 手持式频谱分析仪

恶劣环境的精确量测挑战

对於难以到达的恶劣环境来说,准确的微波频谱量测实有其必要性。无论日夜、晴雨、冷热,或者在船上、飞机上或车上,恶劣的环境都是一大挑战。在这些情况下,使用者有赖於手持式仪器来完成高效能和高精准度的量测。


是德科技(Keysight)多用途手持式微波频谱分析仪FieldFox B系列具备高量测准确度,频宽可达100MHz,支援5G实地测试所需的宽频即时频谱分析。FieldFox B系列分析仪,提供宽频、无间隙的即时量测,以支援5G网路实地测试。此外,这些新功能让客户能够精准发现最近的干扰威胁,以免其卫星通讯网路遭到破坏。FieldFox B手持式分析仪坚固耐用又方便携带,具有下列多项优点:


* 100MHz即时宽频,可实现准确的蜂巢式基地台测试。


* 符合美国PRF-28800F规范,可承受爆炸冲击和潮湿环境。


* 平均显示杂讯位准(DANL)改善了10dB,有助於量测低杂讯信号,可侦测微弱的干扰。


* 可收集、播放并分析电子战测试所需的原始I/Q资料。


* 省时、省空间,可针对每一种运作模式提供任务导向的操作介面。


* 精准处理例行维护和深度疑难排解,提供各种量测应用软体,以满足特殊量测需求。


* 透过89600 VSA软体,轻松将量测结果从现场传到实验室,以完成进一步分析。



图二 : 频谱分析仪也经常用於恶劣环境的现场测试。
图二 : 频谱分析仪也经常用於恶劣环境的现场测试。

执行多种量测任务

在射频实验室,R&S FPL1000和示波器或万用表一样不可或缺。它是一款单机可执行多种量测任务的仪器。该仪器不仅支援频谱分析,而且支援使用功率探棒的高精度功率量测以及类比和数位调变讯号分析。


可靠的射频性能使FPL1000成为可在实验室、生产和维修中使用的理想仪器。1 dB步进衰减器便於使用者在仪器的最大动态范围内执行量测。前置放大器进一步扩展灵敏度级别。得益於高灵敏度以及低相位杂讯性能,该仪器能够分析邻近载波的极小干扰讯号。


使用FPL1000与使用智慧型手机提供一样的直观体验。简单轻扫萤幕,即可调整中心频率或叁考位准。双指手势操作可调整扫频宽度或显示功率位准,10.1寸萤幕具有1280× 800像素解析度,能够清晰地显示讯号。使用者还可以自定义萤幕上的量测结果布局。使用多视图显示模式可以在一个萤幕上组合显示不同的量测模式和所有量测结果。


由於高度只有一个手掌宽,因此能够安装到任何工作场所,并且为被测设备以及其他量测仪器留出足够的空间。轻量以及电池供电设计也便於使用者随时随地进行量测。FPL1000讯号与频谱分析仪主要特点如下:


* 频率范围:5 kHz至7.5 GHz


* SSB相位杂讯:10 kHz偏移(1GHz载波)时-108 dBc (1 Hz)


* 使用前置放大器时的 DANL:-166 dBm,10 MHz 至 2 GHz


* 轻便小巧


* 电池供电或12V/24V直流操作(选配)


* 使用功率探棒(选配)


* 40MHz分析频宽(选配)


* 类比及数位讯号分析(选配)


* 选通扫频、窄频解析度滤波器和瀑布图量测为标配



图三 : 单一仪器可执行多种量测任务已经成为趋势
图三 : 单一仪器可执行多种量测任务已经成为趋势

PXI带来高弹性优势

频谱与讯号分析器可量测频域内的电子讯号。这类产品适用於无线通讯、RFIC 特性测试、雷达测试、频谱监控与讯号情报。NI国家仪器的PXI向量讯号分析器,可执行向量讯号分析与频谱分析,以进行极高传输量及高效能的RF量测,此外还可以提供广泛的频率范围、即时讯号分析,以及进阶的讯号处理功能。


PXI向量讯号分析器可针对各种无线技术执行量测,例如GSM、EDGE、WCDMA、LTE-Advance Pro、5G、无线LAN与蓝牙。特定型号还具备LabVIEW可程式化FPGA,方便工程?针对进阶量测应用进行客制化。


PXI向量讯号分析器适用於微波测试、无线测试、雷达测试、频谱监控、软体定义无线电(SDR)、无线电监控、干扰感测、讯号情报,以及其他应用领域。



图四 : PXI可为测试带来高弹性优势
图四 : PXI可为测试带来高弹性优势

至於PXI向量讯号收发器(VST),则是结合了向量讯号产生器与向量讯号分析器,并提供FPGA架构的即时讯号处理与控制功能。VST结合了软体定义无线电架构的弹性,以及RF仪器等级的效能。工程师可使用VST测试各种行动通讯与无线标准,并扩充小型PXI Express规格,以支援多重输入/多重输出(MIMO)设定。VST软体是采用LabVIEW FPGA建置而成,会针对不同应用领域提供入门指引,举凡应用程式IP、叁考设计、范例,还是LabVIEW范例专案,皆已包含於其中。


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