實(shí)時(shí)頻譜分析儀基礎(chǔ)

1.通用頻域特征（General frequency domain characterisitics)

實(shí)時(shí)分析帶寬：160MHz

100%幅度精度時(shí)可捕獲的最小信號(hào)寬度：3.57us （條件：模板觸發(fā),160MHz帶寬，窗口類型是Blackmann-Harris。）

（解釋：參考頻率模板觸發(fā)規(guī)范項(xiàng)。）

60dB StM(信號(hào)到模板比）最小可檢測(cè)的信號(hào)寬度：5ns

（解釋：60dB信噪比時(shí)，采樣率200MSa/s，5ns是樣點(diǎn)間隔。）

分辨率帶寬(RBW)：掃寬最小RBW最大RBW(使用Kaiser窗口函數(shù)）

160MHz350KHz11MHz

110MHz240KHz7.7MHz

60MHz130KHz4.2MHz

10MHz22KHz700KHz

1MHz2.2KHz70KHz

100KHz220Hz7KHz

10KHz22Hz700Hz

(解釋：不同的掃寬，DDC變頻后有不同壓縮采樣率，最小32點(diǎn)，最大1024點(diǎn)FFT，決定了最大最小RBW。）

最大采樣速率：200MSa/s（復(fù)數(shù)）

（解釋：指DDC變成IQ后的采樣速率。）

FFT速率：292969/s（連續(xù)的，不可設(shè)置）

I/Q存儲(chǔ)深度：2GB

（解釋：指DDC變成IQ后的存儲(chǔ)深度，所以掃寬越小，存儲(chǔ)時(shí)間越長，因?yàn)閽邔捲叫〔蓸勇试降汀＃?p>幅度分辨率：0.01dB

掃描點(diǎn)數(shù)：821(可利用的水平跡線點(diǎn)數(shù)）

最小捕獲時(shí)間：100us

2.密度顯示（Density display)

深度分辨率：32bits（高達(dá)4億FFT）

密度范圍：0-100%(0.001%步進(jìn)）

最小掃寬：450Hz

3.頻譜圖顯示（Spectrogram display)

最大捕獲量：10000（三圖形顯示模式，最大是5000）

三維顏色動(dòng)態(tài)范圍：200dB

4.功率對(duì)時(shí)間（Power VS. time)

支持的檢波器：Max Peak,Min Peak,Sample,Average（Voltage)

時(shí)間分辨率：5ns

最大時(shí)間：100s

最小時(shí)間：250us

最小可檢測(cè)的信號(hào)：5ns（不考慮全幅度精度）

5.頻率模板觸發(fā)（Frequency mask trigger)

FMT打開時(shí)的可選顯示模式：密度，頻譜圖，實(shí)時(shí)頻譜

觸發(fā)分辨率：0.5dB

觸發(fā)條件：進(jìn)入，離開，內(nèi)部，外部，進(jìn)入->離開，離開->進(jìn)入

6.不同RBW，100%觸發(fā)下的最小信號(hào)寬度（Minimum duration for 100% trigger with various RBWs)(條件：1024點(diǎn)，矩形窗）

掃寬：160MHz120MHz80MHz40MHz20MHz

信號(hào)寬度（us）：

32點(diǎn)窗口3.573.623.734.044.68

64點(diǎn)窗口3.733.834.054.685.96

128點(diǎn)窗口4.054.264.695.968.52

256點(diǎn)窗口4.695.115.978.5213.6

512點(diǎn)窗口4.976.828.5313.623.9

1024點(diǎn)窗口8.5310.2313.6523.8844.4

7.StM>0dB時(shí)的最小信號(hào)寬度（Minimum duration for StM>0dB)

掃寬：160MHz120MHz80MHz40MHz20MHz

信號(hào)寬度（us)：

0dB偏置8.5310.2313.6523.8844.36

6dB偏置3.423.425.1310.2620.52

12dB偏置1.291.712.575.1410.28

20dB偏置0.5150.691.032.064.12

40dB偏置0.550.0730.1100.2200.440

60dB偏置0.0100.0130.0200.0400.080

如何計(jì)算最小信號(hào)寬度？

計(jì)算公式：

最小信號(hào)寬度=（窗口尺寸 不重疊點(diǎn)-1）/采樣率

Gap=1024-窗口尺寸-重疊點(diǎn)（如果結(jié)果<=0，則無Gap）

例1：掃寬：160MHz（此時(shí)Fs=200MHz），窗口：1024點(diǎn)，重疊點(diǎn)：341點(diǎn)。

信號(hào)必須持續(xù)2個(gè)FFT減去一個(gè)樣點(diǎn)，以確保能覆蓋一個(gè)完整的1024點(diǎn)FFT。

所以得出最小信號(hào)寬度：（1024 683-1）/200MHz=8.53us，無Gap。

圖10最小信號(hào)寬度計(jì)算實(shí)例1

例2：掃寬：160MHz，窗口：256點(diǎn)，重疊點(diǎn)：341點(diǎn)。

信號(hào)必須持續(xù)2個(gè)FFT減去一個(gè)樣點(diǎn)，以確保能覆蓋一個(gè)完整的1024點(diǎn)FFT。

所以得出信號(hào)寬度：（256 683-1）/200MHz=4.69us

Gap=1024-窗口尺寸-重疊點(diǎn)=427點(diǎn)=2.135us

信號(hào)>=4.69us時(shí)是精確的；信號(hào)<2.135us時(shí)會(huì)被錯(cuò)過和丟失。

圖11最小信號(hào)寬度計(jì)算實(shí)例2

關(guān)于100%截獲率（POI）和 信號(hào)幅度和模板比(StM）的理解如下。

規(guī)范中的“信號(hào)幅度=模板幅度”：0dB偏置。

如果信號(hào)幅度大于模板幅度，最小時(shí)間相應(yīng)減少。

例3：掃寬：160MHz（Fs=200MHz），窗口：1024點(diǎn)，重疊點(diǎn)：341點(diǎn)。如圖10所示。

如果信號(hào)高于模板6dB，則信號(hào)只要覆蓋窗口的一半，就可被捕獲。為了保證覆蓋窗口的一半，信號(hào)必須持續(xù)2個(gè)半窗口長度減去重疊點(diǎn)再減去1。

所以最小信號(hào)寬度：（512 171-1）/200MHz=3.41us，無Gap。

圖12 6dB StM時(shí)的最小信號(hào)寬度計(jì)算實(shí)例3

最小信號(hào)寬度小結(jié)：

100%截獲率用最小信號(hào)寬度定義，在此信號(hào)寬度時(shí)，F(xiàn)MT總能夠觸發(fā)。

如果實(shí)際信號(hào)寬度大于最小信號(hào)寬度規(guī)范，不論選擇什么樣的窗口函數(shù)，都將可以100%捕獲，并有足夠精確的幅值。

如果時(shí)間信號(hào)寬度小于最小信號(hào)寬度規(guī)范，可能仍然會(huì)促使儀器觸發(fā)，可能仍然具有精確的幅度值，但是這是不能夠保證的。

儀器有可能錯(cuò)過非常短的信號(hào)，這與這些參數(shù)有關(guān)：采樣率，重疊存儲(chǔ)，窗口設(shè)置，和信號(hào)幅度。

最小信號(hào)寬度規(guī)范依賴于采樣率：采樣率越快，將花較少的時(shí)間捕獲用于FFT的樣點(diǎn)。規(guī)范依賴于相對(duì)于模板的信號(hào)幅度，如果信號(hào)超過模板電平，保證100% POI的最小信號(hào)寬度將會(huì)變小。規(guī)范依賴于RBW（窗口）選擇：最窄的RBW要求最長的信號(hào)寬度，但也保證不會(huì)錯(cuò)過非常短的信號(hào)。寬的RBW要求短的信號(hào)寬度，但是可能會(huì)錯(cuò)過非常短的信號(hào)。

參考文獻(xiàn)

[1]Agilent Technologies,Inc. Real-time Signal Analysis training material.[2012].

[2]Agilent Technologies,Inc.Real-Time Spectrum Analyzer(RTSA)Technical Overviews.[2013].

[3]Tektronx. Real Time Spectrum Analyzer Primer.[2010].