RSA中的频谱迹处理

实时频谱分析仪(RSA)提供多种测量功能，包括调制和时域分析、脉冲分析以及实时频谱分析。但首先，它是一款频谱分析仪。RSA生成频谱结果的方式与传统的扫频频谱分析仪有所不同。本文将介绍RSA中的频谱处理过程。

RSA的架构类似于矢量信号分析仪，其射频输入信号被下变频至宽带中频级，中频信号在此级被采样，并最终转换为正交(IQ) 采样流。所有测量显示，包括频谱显示，均由该 IQ 采样流计算得出。如果测量跨度大于中频带宽，则频谱将分段计算。

许多矢量信号分析仪使用快速傅里叶变换(FFT) 进行频谱计算。FFT 计算效率高，但对矢量长度和最终的频率分辨率（频点分辨率）有所限制。RSA 中的频谱计算则使用 Chirp-Z 变换 (CZT)。CZT 算法消除了 FFT 的限制，使用户能够灵活地选择频率范围、分辨率带宽和轨迹点数。

频谱结果是通过将一个时间无缝IQ样本向量传递给CZT计算得到的。在CZT计算之前，该向量会根据用户定义的窗口函数（默认为Kaiser窗口函数）进行加权。向量在时间上的长度（称为频谱长度）由所使用的窗口函数和用户选择的分辨率带宽决定。每种窗口类型都有一个“窗口因子”，该因子会影响最终的频谱长度。其关系如下：

RSA 中可用的一些窗口及其 -3dB 窗口系数如下（-6dB MIL 窗口除外）：

由于需要向上取整以达到处理所需的样本数，时间概览显示中显示的实际频谱长度会比上述公式略大，因此使用1MHz 的分辨率带宽和 Kaiser 窗得到的频谱长度为 2.235μS，而不是 2.2292μS。

鉴于频谱结果源自时域IQ 数据向量，RSA 允许您控制该 IQ 向量在给定射频采集过程中的位置。“时间概览”显示界面允许您直观地查看和控制频谱向量相对于所采集射频信号幅度（随时间变化）的位置/偏移。显示界面顶部的红色条形图直观地表示频谱长度。用户可以调整偏移值，将频谱测量定位到所需位置。请注意，频谱长度22.357 μS以斜体显示。这表示该值由RBW 和窗口设置自动关联并决定。在本例中，RBW 设置为 100kHz，并使用 Kaiser（默认）窗口。频谱结果显示在下方所示的频谱显示界面中。 

CZT 计算结果随后会经过用户选择的迹线检测器进行检测，然后再显示出来。有多种检测器可供选择，其中一些仅适用于特定的 RSA 硬件。最常用的检测器包括 +Peak（正峰值）、-Peak（负峰值）、Average (VRMS)（平均值）和 Sample（采样）。当 CZT 结果中的采样点数多于迹线点数时，这些检测器会决定如何根据 CZT 结果计算迹线点。 

在某些情况下，迹线点数等于CZT 结果产生的样本数（当 RBW 是跨度的较大比例时，例如跨度/200，就会出现这种情况）。在较低的 RBW 设置下，可以增加迹线点数，使 CZT 点数与迹线点数相等。在这种情况下，所有迹线检测器类型的频谱结果将相同。在右侧的频谱显示中，您可以从迹线图例中看到，启用了三条迹线，分别对应三种不同的检测器类型，但这些迹线完全重叠，因此看起来就像只有一条迹线。CZT 算法的另一个优点是，增加迹线点数不会显著增加处理时间。例如，将迹线点数从 801 增加到 64001 通常只会导致处理时间增加不到 2 倍。

通常有两种情况会导致CZT 结果中的样本数量超过迹线点数。一种情况是选择了非常窄的分辨率带宽 (RBW) 和少量迹线点。更常见的情况是用户将谱长调整为大于 自耦合谱长。这可以通过在时间概览显示中更改谱长，或将谱长与分析长度关联来实现。一旦谱长超过自耦合长度的两倍，就会计算多个 CZT 结果。RSA 将计算在用户选择的谱长范围内连续的整数个 CZT 结果。例如，如果将所示采集的谱长增加到 100µS，RSA 将计算四个 CZT 结果，因为这是 100µS 范围内连续 22.357µS 的最大整数个。

频谱显示现在为三种不同类型的探测器分别显示三条不同的轨迹。这些轨迹反映了在100 µS 频谱长度内，对所获得的四个 CZT 结果应用所选轨迹探测器后的结果。请注意，时间概览显示底部的粉色条显示了计算所显示频谱结果的区域。粉色条准确地反映了四个连续的 22.357 µS CZT 矢量并未完全覆盖 100 µS 频谱长度这一事实。

“轨迹 检测器”选择用于处理任何给定采集的 CZT 结果，并将其应用于显示的轨迹。因此，即使是单次射频采集和分析也适用。“轨迹 函数”用于处理多次采集的轨迹。可用的轨迹函数包括：正常、最小值保持、最大值保持和平均值（对数）。随着后续采集的完成，每次采集的轨迹将使用所选函数与之前的轨迹合并。例如，“最大值保持”函数会在每次采集后更新轨迹，使其反映所有已处理采集中每个点记录到的最高振幅。

综上所述，迹检测器适用于每次采集过程中的迹处理，而检测器适用于多次采集过程中的迹处理。

在无缝射频采集过程中，能够控制频谱计算的位置，以及控制频谱计算的数量和所使用的检测器，这赋予了用户强大的能力和灵活性，可以分析和理解现代瞬态和时变射频信号的频谱内容。