解析扫频频谱分析仪、矢量信号分析仪及实时频谱分析仪的区别

时间： 2024-02-24 来源：普尚

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本文普尚将主要介绍扫频频谱分析仪，矢量信号分析仪以及实时频谱分析仪的工作原理以及主要差异。

1.1 扫频频谱分析仪

扫频式频谱分析仪是传统频域测量仪器，是传统结构的扫描调谐超外差频谱分析仪，扫频频谱分析仪的出现使得工程师在几十年前就能够进行频域测量。

扫频频谱分析仪通过把感兴趣的信号下变频，并将下变频后的信号扫描通过RBW滤波器来测量功率随频率变化。RBW滤波器后面为检波器，检波器计算所选择的扫频宽度内每个频率点的幅度。尽管这种方法可以提供很高的动态范围，但其缺点在于它一次只能计算一个频率点的幅度数据，导致频谱分析仪在扫频宽度很宽时扫描需要很长的时间，在某些情况下要达到几十秒。因此，这种方法基于这样一个假设，频谱分析仪多次扫描期间被测信号没有明显变化，即这种方法要求输入信号相对稳定或者不发生变化。扫频频谱分析仪最初由模拟器件构成，然后随着其应用不断的发展的而不断发展。当前的扫频频谱分析仪已经包含了各种数字单元，例如ADC、DSP和微处理器，但是，其扫描方法基本保持不变，本质上仍然是扫频式频谱分析仪。鉴于此原因扫频频谱分析仪最适合观测受控的静态信号。

假如信号迅速变化，那么扫频频谱分析仪可能会漏掉信号的变化部分。如图1.1所示，扫描查看频段Fa时，在Fb（左图）上发生了一个瞬时频谱事件。而当扫描到达频段Fb时，事件已经消失，扫频频谱分析仪没有检测到事件。

图1.1 扫频式频谱分析仪测试原理

1.2 矢量信号分析仪

传统的扫频分析只能进行标量测量，只提供与输入信号的频率和幅度有关的信息。数字调制信号的分析就是同时能够提供信号的频率信息、幅度信息和相位信息；与传统的扫频分析相比，增加了相位信息，这就使得矢量信号分析是为进行数字调制分析专门设计的工具。图1.2.1是简化的典型矢量信号分析仪的结构图。

图1.2.1 典型的矢量信号分析仪结构框图

矢量信号分析仪是对被测信号通过变频处理再进行数字化采集，通过计算得到信号的幅度信息和相位信息。但是，大多数的矢量信号分析仪的信号处理是由软件来完成的，软件的处理速度和能力与高速的信号ADC采集相比，其处理速度很慢，这势必导致很多信号数据需要被舍弃，造成信号处理的死区（Gap），从而带来变化信号在时域上特性的不完整描述，如图1.2.2所示。

图1.2.2 矢量信号分析仪的频谱测试原理

矢量信号分析仪主要用于测量稳定调制信号的误差参数，比如数字调制信号的误差矢量幅度（EVM），相位误差或频率误差等，提供星座图等其他显示。

1.3 实时频谱分析仪

实时频谱分析仪用于解决时变信号的参数测量，实时频谱分析的基本概念是能够快速采集和捕捉各种瞬变信号，把信号无缝地捕获到内存中，并在多个域中分析信号。图1.3.1是典型的实时频谱分析仪结构框图，可以看到，实时频谱分析仪和矢量信号分析仪的基本结构类似，都是基于信号变频和ADC采样，然后通过数字信号处理DSP来获取信号参数。大多数的矢量信号分析仪的信号处理是由软件来完成的，软件的处理速度和能力与高速的信号ADC采集相比，其处理速度是很慢的。而实时频谱分析仪的技术关键——信号处理部分是靠硬件方式的FPGA来完成，从而大大提升处理的速度并降低处理延迟。节省的时间可以用于完成多信号的判断，触发等处理功能。可以把实时频谱分析仪理解为“硬件化高速处理版本的矢量信号分析仪”。

图1.3.1 典型的实时频谱分析仪结构框图

图1.3.1说明了实时频谱分析仪的结构框图，由输入衰减器、低通滤波器、本振、下变频器构成的可调谐RF前端，把输入信号下变频到固定中频（IF），固定中频的频率与仪表的最大实时带宽有关。中频信号通过ADC对信号进行数字化，然后传送到DSP进行处理，对于信号的处理的时间长度小于信号的采集长度时，就能完成对信号的连续采集和连续处理和显示，这就是所谓的实时处理。实时频谱分析仪提高了处理速度并增加了实时触发、无缝信号捕获和时间相关多域分析功能。

图1.3.2是对实时频谱分析仪完成频谱处理过程的直观说明，实时频谱分析仪采用FFT完成频谱测试，所以实时频谱分析或处理都是在一定的频率带宽内来完成的，实时分析带宽是实时频谱分析仪重要的技术指标。

(a)实时频谱分析仪处理过程说明

(b)实时处理

(c)非实时处理

图1.3.2实时处理和非实时处理

实时频谱分析仪处理被测信号时，通过数字化采集实时传输，很容易将时间连续的样点存储在内存中，实时频谱分析仪的结构能够无缝地捕获没有时间间隔的输入信号，这是传统扫频频谱分析仪不具备的技术功能。

在实际的应用领域，技术的发展促进了这几种频谱处理技术的融合。现在先进的信号分析仪同时具备这几种信号处理功能，即会同时包含扫频频谱分析功能、矢量信号分析功能和实时频谱分析功能，通过不同的选件或者应用来实现这几种信号处理功能。需要根据需求，价格等因素进行仪表配置。在应用时，根据不同的被测信号，来选择不同的信号处理方法，表1列出了各种信号频谱测试技术的技术特点和适用对象。

表1 各种信号频谱测试技术的说明

1.4 实时频谱分析仪的工作原理

普尚SP900系列信号分析仪，不仅支持常规的频谱测量功能，还支持矢量信号分析；尤其是实时频谱分析功能，最大支持510MHz带宽，POI最短3.51μs。实时频谱测试图如下：

同时SP900现有的测量程序库支持超过25种测量应用软件，覆盖各种复杂调制信号：2G、3G、4G、5GNR、蜂窝通信、ZigBee、Pulse和EMI等。搭配定制选件满足您的测试需求。

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型号- 3674E-405,3674E-404,3986E,3986F,N5245B-401,N5242B-222,SMCV-106,1435B-V,N5242B-219,ZNA67,N5242B-217,3674E-401,N9030B-513,3674E-400,3674E-403,N5247B-423,3674L-405,SP850P-401,N5247B-425,3674L-400,3674L-401,3674L-403,3674L-404,N5242B-224,3986A,SP900N-503,N5247B-419,N9030B-526,ZNB8,SP850P-417,N9020B-526,SP850P-419,N5242B-201,SMCV100B,ZVB8,SMB100B,SP850P-2,SMB100A,SMBB-106,N5247B-401,SP200L-506,SP850P-423,SP850P-422,SP850P-4,SP850P-425,3656D,SP867P-4,SP867P-2,N5242B-205,SP900P-550,SP809B-409,N9030B-503,FSV3013,N5245B-201,N9030B-550,3656B,SP200L,SP826P-401,3674E-203,3674E-205,3674E-204,3674E-201,3674E-200,FSV3004,SP900P-526,1465D,1465B,1465F,SP826P-417,SP800B-422,N5245B-425,SP800B-420,N5181B-506,N8975B,SP826P-4,SP826P-2,N5245B-423,FSW13,SP826P-419,N5245B-422,3674H-400,3674H-401,N5245B-417,SP900B-503,3674H-403,3674H-404,3674H-405,SP800B-452,SP826P-425,SP800B-450,SP826P-422,N5245B-419,SP826P-423,N5171B-506,SP206V-506,N9020B-550,FSW26,E5080B-4K2,SP900P-513,E5080B-4K0,FSV3050,SP900B-526,SP826P-205,SP826P-201,SP900P-503,SP206VL-506,3674H,SP867P-425,SP867P-423,3674B,SMBV100B,3674D,3674G,SP826P-219,SP900B-513,E5080A-495,SP826P-217,SP800B-220,SP867P-419,FSW50,SP200-506,N5245B-222,FSV3030,3674H-200,3674H-201,N5245B-224,N5245B-219,3674H-204,3674H-205,N5245B-217,ZNB20,SP826P-224,E5080B-4P2,SP800B-250,SP826P-222,E5080B-4P0,SP206V,N8976B,N5183B-540,SP867P-401,SMBV-106,3672B,3672C,N5172B-506,3672D,E5080B-2K0,3671E,3671F,3671G,N9020B-503,N5182B-506,ZNA26,SMB-140,3671B,3671D,N5242B-417,ZNB43,SP200L-520,N5242B-419,N5183B-520,SP850P-201,N5247B-224,3674L-200,SP900B-550,3674L-201,3674L-204,3674L-205,N5242B-425,N5242B-423,N5242B-422,E5080A-295,4052C,N5173B-540,4052A,4052H,SP200-520,N5247B-219,4052E,SP900N-540,4051H,E5080B-2P0,SP850P-219,SP850P-217,SMB-120,1435D,1435B,4051C,4051A,SP850P-222,4051E,SP200L-540,SP867P-201,SP850P-224,N5247B-201,1435F,ZNA50,N5242B-401,1465B-V,SP809B-209,SP900N-526,N5173B-520,FSVA3003,SP200-540

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描述- 普尚电子科技有限公司创立于 2003 年，是一家专注于无线通信和射频微波领域，自主研发、生产和销售通讯仪器仪表的高技术企业。公司目前重点致力于手机综合测试仪、网络分析仪、信号分析仪和信号源的研发和生产，拥有多种仪器型号可供客户选择。

型号- SP8038P,SP8026P,E80070,SP80395P,A1050-2320,SP8030P,SP8014P,SP800,SP8002P,SP826P,SP800系列,SP826P-205,SP826P-201,SP8042B,SP8014B,SP8002B,SP850P-401,SP8027P,SP8015P,SP867P-425,SP867P-029,SP867P-423,SP80095P,SP80394P,SP8043P,80070S,SP8003P,SP826P-219,80067S,SP80205P,SP826P-217,SP800B-220,SP867P-419,SP8043B,SP8027B,SP8015B,SP8003B,E80067,50061MM,SP850P-417,SP8002A01,E80050,SP8008P,SP820B,SP850P-419,SP8036P,SP8012P,SP800B-015,SP8008B,SP800B-014,SP800B-013,SP800B-012,SP800B-011,SP800B-010,SP826P-224,SP800B-250,SP826P-222,SP850P-423,SP850P-422,SP8037P,SP8041B,SP850P-425,SP850P-029,SP867P-401,SP80097P,SP800B-009,SP8025P,SP800B-008,SP8013P,SP8001P,SP800B-004,SP800P-010,SP80207P,SP809B-409,SP867P,SP8001B,SP800P-015,SP809B-002,SP800P-016,SP800P-017,SP800P-018,SP800P-011,SP800P-012,SP809B-003,SP800P-013,SP809B-004,SP8001A,SP8013B,SP800P-014,SP8018P,SP8006P,SP80092P,67061MM,SP8046P,SP80202P,SP8034P,SP850B,SP8018B,SP826P-401,SP850P,E80035,SP867P-224,SP8007P,SP850P-201,35061MM,SP850P-205,SP8019P,A1026-2327,80050S,SP8035P,SP826P-417,SP800B-422,SP8019B,SP800B-420,80035S,SP867P-219,SP8003A01,SP8028P,SP8016P,SP8004P,SP850P-219,SP850P-217,SP826P-419,SP8044P,SP8016A,SP800B-452,SP826P-425,SP800B-450,SP826P-422,SP826P-029,SP826P-423,SP8020B,SP8016B,SP850P-222,SP809B,SP8004B,SP8029P,SP867P-201,SP8017P,SP850P-224,SP8005P,SP867P-205,SP80392P,SP8021P,SP8045P,SP8029B,SP809B-209,SP8005B

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