频谱分析仪和信号分析仪的区别

测量来说,频谱分析仪是通信测量仪器中常用的设备,由于具有大于1∞dB的动态范围、低于-110dBc/Hz的噪声、1Hz-100Hz的带宽、50GHz以上的频率范围,能够接收到极微弱的信号和分辨出两个幅度相差很大的信号。频谱分析仪的缺点是只能显示频率分量的幅值,而不能获得信号的相位。对于某些通信元器件和通信链路,幅值和相位必须能够同时测量出来,前者如放大器和振荡器,后者是第一代至第三代的移动通信。

前面曾提及,为了扩大基于FFT的频谱分析仪的频率范围,可在前端增加下变频器。同样原理可用于矢量信号分析仪,它是传统频谱分析仪与F阿分析仪的结合,从而获得在高频和射频频率下的FFT分析能力,同时显示幅度和相位信息。对于现代通信的数字调制分析,以及调幅/调频/调相的解调都是非常有效的手段。

频谱分析仪的变频前端扩展仪器到GHz的频段,经变频后的输入信号频率变成适于FFr处理的频段,电路中的滤波器与频谱分析仪的滤波器不同,这里的滤波器不是选择性的,而防止ADC变换过程产生的信号混叠,即变换过程中出现的虚假信号。ADC的输出分成两路,获得同相和正交信号,经DSP作时间一频率的F町运算后由显示屏获得频谱的幅度和相位。

目前仪器公司供应的矢量信号分析器的频率范围可达3GHz,测量对象是复杂的移动通信常用频段的调制信号,如GSM、CDMA的基带特性和载波特性。矢量信号分析仪的测量模式有:标量、矢量、数字解调和门控测量。触发可由基带输人信号或由中频信号调节,包括触发电平和相位。扫频方式有单次和连续,对测量数据可多次平均,并用有效值(RMS)、峰值保持和指数坐标指示。

一种新型的矢量信号分析器的重要特性是:频率范围—DC~2.7GHz;基带带宽—40MHz;中频带宽—36MHz;率分辨率—0.001Hz时基准确度—0.2ppm/年;相位噪声—97dBc/Hz(载波偏移100Hz),-122dBc/Hz(载波偏移1khz)幅度范围45~+20dBm；幅度准确度—±2dB;三阶互调失真—70dB。应用领域是卫星通信、扩频跳频通信、点到点通信、以及频率监控和搜索。以移动通信的码分多址(CDMA)来说,利用配套的分析软件,可以获得:

·发射机的平均载波功率

·功率随时间的变化

·相位和频率误差

·邻近信道功率比

·伪随机噪声序列的调制精度

·近距离寄发生发射频率

·频谱测量和波形测量

在无线基站或移动电话的产品开发和产品检验中,矢量信号分析仪可按多种工业标准,对GSM、CDMA等的发射机和手机进行严格的精度和动态范围测量。在CDMA等通信产品生产中,只利用连续测量是不够的,利用数字调制信号可方便地测出输出功率和失真等重要参数。

矢量信号分析仪采用Windows平台,容易通过外接微机进行数据处理和交换,Windows平台便于性能升级和利用其他工程设计工具,熟识的图形界面可缩短学习时间,留出更多的时间进行测量和应用各种设计及测试工具。

数字存储示波器的频谱测量

数字存储示波器(DSO)的前端就是ADC变换,因而同样具有频谱分析能力,通过标准或选购的FFT模块获得频谱分析特性。应该指出,DSO主要特点是时域测量,带宽100MHz的产品具有10位以上的垂直分辨率,带宽500MHz的产品只有8位的分辨率,亦即在分辨率上低于频谱分析仪的12位-16位。DSO的前置放大器和衰减器引人瞬态失真,容易在频谱图上表现为低电平的谱波噪声。

特别是高频数字在存储示波器,它采用交叠的ADC来提高取样率,例如每块ADC的取样率是1Gs/s,两块叠加起来获得2Gs/s的取样率。这是简便的提高有效带宽的办法,但用于频谱显示时,各ADC的线性度、增益、频率响应和取样定时稍有差别,都会在取样时钟脉冲交叠取样过程中引人频谱失真,相当多了一组Fs/N的取样脉冲,这里且是基本取样频率,N是交叠的ADC数。这种电路自身产生的混叠信号不容易用滤波器消除,用DS0测量高频信号时要非常小心在频谱图上出现的混叠信息。例如,利用上述两块取样率1Gs/sADC构成的DSO来观察l00MHz正弦波时,会在900、1100MHz附近出现虚假信号。由此可见,DSO观察时域信号是最好的仪器,由于频域变换后往往出现虚假信号,测量频谱特性时一定要注意“去伪存真”。

小结

频谱分析仪的频率范围最宽,灵敏度高,非常适于通信设备和链路的频率分布测量,缺点是只能获得输入信号的幅值。矢量信号分析仪频率范围较低,利用FFT的特点能够同时获得幅度和相位,特别地第一、二、三代移动通信,包括蜂窝、GSM和CDMA设备的测量。