深度解析：实时频谱分析仪 —— 从原理到优势，与扫频、矢量分析仪大对比
深度解析：实时频谱分析仪 —— 从原理到优势，与扫频、矢量分析仪大对比
在现代通信和电子技术飞速发展的时代，射频（RF）信号无处不在，从日常的手机通信到复杂的雷达系统，它们承载着各种重要信息。为了深入了解和有效利用这些信号，频谱分析至关重要。而在频谱分析领域，实时频谱分析仪、扫频分析仪以及矢量信号分析仪扮演着关键角色。今天，就让我们一起走进这几款仪器的世界，揭开它们的神秘面纱，看看它们各自有着怎样的特点、优势，又在哪些方面存在差异。
首先，我们来认识一下与频谱分析密切相关的一些基本概念。RF 信号，也就是射频信号，其频率范围在 300KHz～30GHz 之间，是可以辐射到空间的电磁频率。在信号处理过程中，中频（IF）起着重要的过渡作用，它处于射频和基带信号之间，一般范围在 50MHz - 500MHz。模数转换器（ADC）能把连续变化的模拟信号转换为便于处理的离散数字信号，与之相反，DAC 则是将数字信号转换回模拟信号。YIG 滤波器凭借高性能、宽带宽等优势，在微波和毫米波频段的通信等领域广泛应用。FFT 作为一种高效的 DFT 算法，是时域 - 频域变换分析的重要方法。数字控制振荡器（NCO）在众多信号处理系统中不可或缺，用于产生可控的正弦波或余弦波。I/Q 信号，即同向正交信号，在基带信号的转换和重建中发挥着关键作用。
扫频分析仪是频谱分析领域的 “老将”。它最初由纯模拟器件构建，虽然后续融入了数字单元，但基本扫描方法变化不大。扫频分析仪通过把关心的信号向下变频，扫描解析带宽（RBW）滤波器的传输频带，以此测量功率随频率的变化。然而，这种测量方式存在明显的局限性。它一次只能计算一个频率点的幅度数据，并且要求输入信号相对稳定。如果信号迅速变化，就可能会漏掉重要的瞬态信号，也无法准确表示现代通信和雷达中脉冲信号的频谱。在实际使用中，扫描速率和解析带宽也需要特别注意，否则会影响测量结果的准确性。
矢量信号分析仪（VSA）则更侧重于分析传送信号的数字调制。它能够同时提供幅度信息和相位信息，通过数字化仪器传输频带内的所有 RF 功率，并将数字化波形存储在存储器中。利用 FFT 算法，VSA 可以从时域转换到频域，进而测量 FM 偏差、码域功率等调制参数，还能提供多种显示画面。不过，VSA 在分析瞬态事件方面存在一定的短板。在典型的自由运行模式下，它需要先将采集的信号存储在存储器中才能进行处理，这使得它难以发现采集间隔中发生的事件，并且其触发功能有限，在复杂的动态 RF 环境中，可能无法有效隔离微弱信号。
接下来，重点介绍实时频谱分析仪（RSA）。RSA 又称实时频谱仪或时域波形发生器，它的核心是实时处理模块。与 VSA 不同，RSA 的实时引擎工作速度极快，能够处理每个样点，不会出现数据空白。这使得它可以连续进行幅度和相位校正，有效补偿模拟 IF 和 RF 响应。RSA 具备诸多强大的功能，比如实时校正改善模拟信号路径；DPX® 实时 RF 显示，能发现扫频分析仪和 VSA 容易漏掉的事件；DPX Density 测量和触发可以确定信号发生的持续性；还有高级时间判定触发、频域触发、触发用户指定带宽等功能，能够满足现代复杂 RF 分析的各种需求。此外，RSA 还支持实时解调，用户可以 “收听” 繁忙频段中的特定信号，并且提供数字化数据的数字 IQ 流，方便进行外部存储和处理。
扫频分析仪、矢量信号分析仪和实时频谱分析仪在频谱分析领域各有千秋。扫频分析仪适合观测受控的静态信号，但在处理动态信号时存在不足；矢量信号分析仪在分析数字调制信号方面表现出色，但对瞬态事件的分析能力有限；实时频谱分析仪凭借其强大的实时处理能力，在发现和处理瞬态信号、复杂信号分析等方面具有显著优势。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和信号特点，选择最合适的频谱分析仪器。随着科技的不断进步，相信这些仪器也会不断升级改进，为通信、电子等领域的发展提供更有力的支持。