AV4011系列实时频谱分析仪: 全面了解信号特性

1）AV4011实时频谱分析仪

图4-88　AV4011实时频谱分析仪

实时频谱分析仪是针对各类电子设备中微波瞬变信号测试而专门优化的频谱分析仪。瞬变信号的特点：突发性、瞬态性、间歇性、频谱动态变化。图4-88为AV4011实时频谱分析仪。

·开关瞬变、杂散信号、毛刺干扰信号的捕捉和分析

·间歇性信号、突发性脉冲信号测量

·频率稳定性和功率稳定性测量

·鉴定随时间变化的调制特性

·捕获扩频信号和跳频信号

·测量锁相环稳定时间、频率漂移等

·使用多域关联分析，诊断复杂的调制信号中的问题

2）理论基础——短时傅里叶变换

同样的时域波形，我们对信号做短时傅里叶变换，其中w（n）表示窗函数，m表示时间窗的延迟参数，其结果是信号频谱和时间的二维函数，短时傅里叶变换是假定非平稳信号在分析时间窗函数的一个短的时间间隔内是平稳的，然后沿时间轴移动时间窗，计算出各个不同时刻的频谱。将该二维函数做幅平方运算，就得到信号的谱图，从谱图中可以清楚地看出信号频谱随时间的变化规律。假定信号在分析时间窗函数的一个短的时间间隔内是平稳的，然后沿时间轴移动时间窗，计算出各个不同时刻的频谱。

3）实时频谱用于瞬变信号测试的核心思想（图4-89）

图4-89　实时频谱用于瞬变信号测试的核心思想

AV4011实时频谱分析仪技术原理框图如图4-90所示。

图4-90　AV4011实时频谱分析仪技术原理框图

实时频谱分析是分析信号频谱随时间的变化，因此首先关心的是频率分辨率和时间分辨率。我们知道频率分辨率就是窗函数的3 dB带宽，这里的k是窗函数归一化的3 dB带宽，Fs是采样频率，N是窗函数的长度。

时间分辨率是信号采样间隔乘以窗函数的长度。可以看出实时频谱分析的时间分辨率和频率分辨率是相互矛盾的。

衡量实时频谱分析的另一个重要能力就是对瞬态事件的测量能力，认为采用重叠技术可以提高对瞬态事件的观测能力。重叠技术的原理，也就舍弃上一次时间间隔内的一部分数据，而不是全部数据，实现重叠FFT处理。根据这样的原理，在MATLAB中输入采样速率为128 Msps的跳频信号，每一个频点的驻留时间为0.312 5μs，也就是40点，而分析窗函数长度为128点，可以看出，不重叠运算得到的谱图根本看不清楚该跳频信号的变化规律，而重叠处理后得到的谱图结果可以很清楚地看到该跳频信号的跳变规律。因此重叠处理可以指出信号频谱随时间变化的方向和大小，对于观测持续时间短于时间窗长度的信号非常有利，但是需要更高的处理速度。图4-91为实时触发捕获准备定位事件发生时刻。(www.xing528.com)

图4-91　实时触发捕获准备定位事件发生时刻

根据以上思路，对谱图的信号得到的100帧频谱，检波处理后的结果可看出，正峰值检波保留了瞬态突发信号的信息，负峰值消除了瞬态信号的影响，平均值对小信号的测量具有很大的优势，可以看出，正峰值检波相当于传统频谱分析仪中的最大保持，负峰值相当于最小保持，平均值检波相当于视频平均。这是在实时频谱分析仪样机上最终实现的效果。

频率模板：捕获大信号存在下的突发小信号

频谱概率：捕获低概率信号频域事件

时域模板：捕获脉冲包络中的异常现象

时域边沿：捕获极短的窄脉冲信号

频率边沿：捕获高速跳频信号

（1）频率模板触发：通过实时检测信号的频谱变化是否进入一个预先设置的频谱模板来捕获信号的频谱变化过程（图4-92、图4-93）。

图4-92　利用频率模板触发捕获的大信号存在下的突发干扰信号

（2）频率边沿触发：通过实时检测信号的频率变化是否进入一个预先设置的频率范围，同时实时检测信号的功率是否超过预先设置的信号最低功率（图4-94）。

图4-93　利用频率模板触发捕获锁相环的锁定过程

图4-94　通过频率边沿触发捕获跳频信号测试曲线

（3）运用选时分析频谱（图4-95）

图4-95　利用选时分析频谱功能测量跳频信号杂散

选择脉内一段时间的信号频谱通过平均值检波可获得脉内某一跳频点的杂散情况。

（4）运用多域关联分析（图4-96）

图4-96　灵活的信号分析能力——瞬态分析（多域分析及回放）