本文將主要介紹掃頻頻譜分析儀，矢量信號分析儀以及實時頻譜分析儀的工作原理以及主要差異。

1.1掃頻頻譜分析儀

掃頻式頻譜分析儀是傳統(tǒng)頻域測量儀器，是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的掃描調(diào)諧超外差頻譜分析儀，掃頻頻譜分析儀的出現(xiàn)使得工程師在幾十年前就能夠進(jìn)行頻域測量。

掃頻頻譜分析儀通過把感興趣的信號下變頻，并將下變頻后的信號掃描通過RBW濾波器來測量功率隨頻率變化。RBW濾波器后面為檢波器，檢波器計算所選擇的掃頻寬度內(nèi)每個頻率點的幅度。盡管這種方法可以提供很高的動態(tài)范圍，但其缺點在于它一次只能計算一個頻率點的幅度數(shù)據(jù)，導(dǎo)致頻譜分析儀在掃頻寬度很寬時掃描需要很長的時間，在某些情況下要達(dá)到幾十秒。因此，這種方法基于這樣一個假設(shè)，頻譜分析儀多次掃描期間被測信號沒有明顯變化，即這種方法要求輸入信號相對穩(wěn)定或者不發(fā)生變化。掃頻頻譜分析儀最初由模擬器件構(gòu)成，然后隨著其應(yīng)用不斷的發(fā)展的而不斷發(fā)展。當(dāng)前的掃頻頻譜分析儀已經(jīng)包含了各種數(shù)字單元，例如ADC、DSP和微處理器，但是，其掃描方法基本保持不變，本質(zhì)上仍然是掃頻式頻譜分析儀。鑒于此原因掃頻頻譜分析儀最適合觀測受控的靜態(tài)信號。

假如信號迅速變化，那么掃頻頻譜分析儀可能會漏掉信號的變化部分。如圖1.1所示，掃描查看頻段Fa時，在Fb(左圖)上發(fā)生了一個瞬時頻譜事件。而當(dāng)掃描到達(dá)頻段Fb時，事件已經(jīng)消失，掃頻頻譜分析儀沒有檢測到事件(右圖)。

圖1.1掃頻式頻譜分析儀測試原理

1.2矢量信號分析儀

傳統(tǒng)的掃頻分析只能進(jìn)行標(biāo)量測量，只提供與輸入信號的頻率和幅度有關(guān)的信息。數(shù)字調(diào)制信號的分析就是同時能夠提供信號的頻率信息、幅度信息和相位信息；與傳統(tǒng)的掃頻分析相比，增加了相位信息，這就使得矢量信號分析是為進(jìn)行數(shù)字調(diào)制分析專門設(shè)計的工具。圖1.2是簡化的典型矢量信號分析儀的結(jié)構(gòu)圖。

圖1.2.1典型的矢量信號分析儀結(jié)構(gòu)框圖

矢量信號分析儀是對被測信號通過變頻處理再進(jìn)行數(shù)字化采集，通過計算得到信號的幅度信息和相位信息。但是，大多數(shù)的矢量信號分析儀的信號處理是由軟件來完成的，軟件的處理速度和能力與高速的信號ADC采集相比，其處理速度很慢，這勢必導(dǎo)致很多信號數(shù)據(jù)需要被舍棄，造成信號處理的死區(qū)(Gap)，從而帶來變化信號在時域上特性的不完整描述，如圖1.2.2所示。

圖1.2.2矢量信號分析儀的頻譜測試原理

矢量信號分析儀主要用于測量穩(wěn)定調(diào)制信號的誤差參數(shù)，比如數(shù)字調(diào)制信號的誤差矢量幅度(EVM)，相位誤差或頻率誤差等，提供星座圖等其他顯示。

1.3實時頻譜分析儀

實時頻譜分析儀用于解決時變信號的參數(shù)測量，實時頻譜分析的基本概念是能夠快速采集和捕捉各種瞬變信號，把信號無縫地捕獲到內(nèi)存中，并在多個域中分析信號。圖1.3.1是典型的實時頻譜分析儀結(jié)構(gòu)框圖，可以看到，實時頻譜分析儀和矢量信號分析儀的基本結(jié)構(gòu)類似，都是基于信號變頻和ADC采樣，然后通過數(shù)字信號處理DSP來獲取信號參數(shù)。大多數(shù)的矢量信號分析儀的信號處理是由軟件來完成的，軟件的處理速度和能力與高速的信號ADC采集相比，其處理速度是很慢的。而實時頻譜分析儀的技術(shù)關(guān)鍵——信號處理部分是靠硬件方式的FPGA來完成，從而大大提升處理的速度并降低處理延遲。節(jié)省的時間可以用于完成多信號的判斷，觸發(fā)等處理功能?？梢园褜崟r頻譜分析儀理解為“硬件化高速處理版本的矢量信號分析儀”。

圖1.3.1典型的實時頻譜分析儀結(jié)構(gòu)框圖