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实时频谱分析仪的关键技术浅析


  来源: 安立通讯科技Anritsu 时间:2020-12-29 编辑:清风
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在FFT处理中,信号的频谱幅度受其持续时间以及信号相对于采样帧和窗口函数的开始时间的影响。幅度大小与窗口下所占据的面积成对应的比例关系。对于相同的信号持续时间,幅度可能会因信号猝发的时间而有很大差异(图11)。理论上可检测到的最小信号等于5 ns,该值在200 MSPS(I / Q)FFT的最大采样率下测得。为了获得完整的幅度精度,信号必须占据窗口下的整个区域。为了保证这一条件,当没有重叠且窗口长度等于FFT大小(采样帧大小)时,信号必须在两个连续采样帧的持续时间内保持开启状态。满足此条件将确保至少一个采样帧及其FFT将捕获信号的完整幅度,因为相对于任何采样帧的开始,信号的开始可以在任何时间发生(图12)。


图12.为了获得100%的POI和幅度精度,在没有重叠且窗口长度(W)等于FFT大小(N)的情况下,信号必须至少出现在两个连续采样帧的长度内


如果使用重叠的采样帧执行FFT分析,则100%POI所需的信号持续时间会更短(图13)。



图13. 重叠减少了100%POI和完整幅度精度所需的最小信号持续时间。该信号必须至少存在两个连续采样帧的长度减去重叠采样的数量


如果窗口长度小于FFT大小(图14),则所需的信号持续时间将缩短,从而改善POI。由于调整了窗口长度以更改RBW,因此RBW设置会影响POI。RBW越宽,窗口长度越短,POI也越短。

图14.使用比FFT大小短的窗口长度(W = 256),N = 512,可以减少100%POI所需的信号持续时间


根据上述观察,对于具有完整幅度精度的100%POI,所需的最小信号持续时间为:

RBW和跨度取决于采样率,FFT大小和窗口长度。由于这些参数会影响POI,因此POI取决于RBW和跨度设置。MS2090A频谱分析仪会自动计算并显示给定设置下的POI。

使用以上公式,可以计算出一组POI值,RBW和SPAN。


FFT大小=512(标准分辨率)


FFT大小=1024(高分辨率)



密度显示分辨率

用户可以通过密度显示分辨率菜单,选择两个不同的FFT大小。标准的512点FFT大小(图15)可以获取最低的POI,但是FFT频率分辨率较粗,可能会导致在RBW设置较低时,看起来更加颗粒化。1024点FFT大小允许给定跨度的RBW设置较小,显示颗粒较小,但POI较高。

图15.密度显示分辨率设置为常规;FFT = 512点;最小RBW为1.8 MHz


密度显示

Field Master Pro MS2090A频谱分析仪能够每秒完成512点FFT527,000次,这远大于LCD显示刷新率,并且密度显示可用于更多彩的方式显示测量结果。密度显示功能用颜色的强度来描述信号事件的发生。颜色越暖,信号发生的次数就越频繁。


在采集时间间隔内,将计算许多FFT,并将测量结果映射到热帧图中,它累计落入特定频率和幅度区间的FFT测量结果,显示幅度范围分为320个档位,频率档位的数量取决于FFT大小和跨度。实际上,色块图是频率和幅度的二维直方图。


刻度自动设置后,将计数归一化为整个色块图中的最高计数值,并将色标分配给归一化的计数值。如果自动刻度,则将计数值归一化为在采集时间内进行的FFT测量次数。将颜色值分给归一化计数值,从而将会将色块图转换为用于显示的像素图。对于没有热值的位置(计数值= 0),没有分配颜色,并且该位置被映射为透明(图16)。

关键词:频谱分析仪 测量 矢量信号分析仪    浏览量:17828

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