矢量分析仪原理详解

，高处理速度意味著总测量时间缩短。其次，处理速度决定了测量动态信号的能力。它的性能指标是实时带宽(RTBW)，即在不丢失输入信号的任何事件的情况下，可以连续处理的最大频率扫宽。

图 10. (a) 当 FFT 处理时间 ≤ 时间记录长度时，处理是"实时"的；没有数据丢失。(b) 如果FFT 处理时间 > 时间记录长度，那么输入数据会丢失。

RTBW 是 FFT 处理时间等于时间记录长度的频率扫宽。从一个时间记录结束到下一个时间记录开始之间没有间隔。参见图 10。如果增加扫宽到超过实时带宽，记录长度就会变得小于 FFT 处理时间，那么时间记录不再是连续的，有些数据将会丢失。这在 RF 测量中很常见。不过注意，时间捕获的数据是实时的，因为所有时间样本都直接传输到可用的存储器中，而没有数据的丢失。

时域显示

VSA 允许你查看和分析时域数据。所显示的时域数据看上去与示波器的显示相似，但是你需要知道正在查看的数据可能是非常不同的。时域显示的是恰好在 FFT 处理之前的时间数据。参见图 4。 VSA 可以提供两个测量模式 :基带模式和缩放模式。

基于测量模式，你所看到的时域数据将有很大差别。基带模式提供类似于你在数字示波器上看到的时间数据结果。就像传统的数字信号示波器 (DSO)，VSA 以 0 时间和 0 Hz (DC) 为参考提供实值时间数据。

不过在 VSA 上轨迹轨迹可能出现失真，特别是在高频情况下。这是因为 VSA 采样率的选择基于优化 FFT 分析，在最高频率下每周期可能只有 2 或 3 次采样；这对于 FFT 非常有利，但是对于观察就不是很适合了。相反，DSO 是针对时域分析优化，对输入通常进行过采样。而且，DSO 可以提供额外的信号重建处理能力，使 DSO 能够更好地显示实际输入信号的时域表示。此外在最大扫宽下，由于抗混叠滤波器突然的频率截止，有些信号 ( 特别是方波和瞬时信号 ) 可能会出现过大的失真或振铃 (ringing) 现象。从这个意义上说，DSO 适合

采样率和时域的显示，而不适合功率精度和动态范围的显示。

在缩放 ( 或频段可选择 ) 模式中，你观察到的是经过混频和正交检波后的时间波形。特别地，所看到的时间数据是经过许多步骤处理的最后结果，基于具体的中心频率和扫宽，这些步骤可能包括模拟下变频、IF 滤波、数字正交混频和数字滤波 / 重采样。结果是一个带宽受限的包括实部和虚部分量复数波形，并且在大多数情况下，它看起来与在示波器上的显示不一样。对于某些用途来说，这可能是非常有价值的信息。例如，它可以解释为"IF 时间"，使用示波器通过在探测接收机 IF 频段中探测而进行测量的时域信号。

数字 LO 和正交检波算法执行缩放测量功能。在缩放测量中，所选的频率扫宽经过下变频到指定的中心频率 (?center) 的基带上。要完成它，首先数字LO 频率被赋予 ?center 值。接着输入信号被正交检波 ; 使用测量扫宽中心频率的正弦和余弦 ( 正交 ) 进行相乘或混频。结果是以 ?center 为参考，相位仍与零时触发相关的复数( 实部和虚部) 时域波形。请记住，混频过程的结果分量是频率的和与差( 信号 -?center 和信号+?center)。因此使用低通滤波器对数据进行进一步处理，只选择出不同的频率。如果载波频率 (?carrier) 等于 ? 中心，那么调制结果是以 0 Hz 为中点的正和负频率边带。不过，频谱显示上的标识是正确的中心频率和边带频率值。

图 11 显示了 13.5 MHz 正弦波在基带带模式和缩放模式下的测量。两个模式测量的扫宽均为 36 MHz，起始频率为 0 Hz。频率点的数量设置为 401。左侧时间轨迹轨迹显示的真实周期约为 74 ns (1/13.5 MHz) 的正弦波。右侧时间轨迹轨迹显示了一个周期为 222.2 ns (1/4.5 MHz) 的正弦波。这个 4.5 MHz 正弦波是 VSA 算法中的中心频率 18 MHz 与输入信号 13.5 MHz 之差。

图 11. 基带和缩放时间数据

总结

本节介绍了矢量信号分析 (VSA) 的操作理论和测量概念的入门知识。贯穿分析了整个系统方框图，并逐一说明了每个功能以及与 FFT 测量过程的关系。你可以看到，VSA 的实现与传统的模拟扫频调谐信号分析有很大差异。VSA 基本上是一个包含全数字 IF、DSP 和 FFT 分析的数字系统，它提供时域、频域、调制域和码域信号分析能力的测试与测量解决方案。