矢量信號分析儀原理（四）

縮放操作是一個數字正交混頻、數字濾波和抽取重采樣的過程。感興趣的頻率掃寬與縮放掃寬中心頻率 (?z) 上的復數正弦波與相混頻，從而使頻率掃寬下變頻到基帶 ; 然后針對該特定掃寬對信號進行濾波和抽取 重采樣，移除所有帶外頻率。這就是在 IF ( 或基帶 ) 上的頻帶轉換信號，有時稱為“縮放時間”或“IF 時間”。也就是說，它是信號的時域表示應為它出現在接收機的中頻帶。在本章結尾的“時域顯示”部分我們將對縮放測量做進一步討論。

圖 7. 頻帶選擇分析 ( 或縮放模式 ): (a) 被測寬帶信號，(b) 被測信號的頻譜，(c) 選擇的縮放掃

寬和中心頻率，(d) 數字 LO 頻譜 ( 位于縮放中心頻率處 )，(e) 頻率掃寬下變頻到基帶，(f) 顯
示頻譜注釋經過調整，以顯示正確的掃寬和中心頻率

樣本存儲器

數字抽取濾波器的輸出代表的是帶寬受限的數字化的模擬時域輸入信號。這個數字數據流被捕獲到樣本存儲器中 ( 圖 4)。樣本存儲器是一個循環的 FIFO ( 先進先出 ) 的緩存器，它收集單個的數據采樣，形成被稱作時間記錄的數據塊，再由 DSP 進行進一步數據處理。填充時間記錄所需的時間長度與并聯濾波器分析中的初始建立時間類似。樣本存儲器所收集的時間數據是用來產生各個測量結果 ( 無論是頻域、時域或調制域 ) 的基礎數據。

時域數據校正

為了提供更精確的數據結果，VSA 軟件通過均衡濾波器進行時間數據校正。在矢量分析中，時間數據的精度非常重要。它不僅是所有解調測量的基礎，還直接用于諸如瞬時功率隨時間變化的測量中。時間數據校正是創建接近理想的頻帶限制信號過程中的最后一步。雖然數字濾波器和重采樣算法提供了任意帶寬 ( 采樣率和掃寬 ) 的支持，但是時域校正決定信號路徑的最后通帶特性。如果模擬和數字信號路徑是理想的，那么就沒有必要進行時域校正。時域校正起均衡濾波器的作用，以補償通帶內的缺損。這些缺損來源于多處。射頻部分中的 IF 濾波器、模擬抗混疊濾波器、抽取濾波器和重采樣濾波器都會對所選掃寬內的通頻段紋波和相位非線性特性有所貢獻。

在設計均衡濾波器時，首先要基于測量前端的配置，從自校準數據中提取關于模擬信號路徑的信息。使用這些數據產生頻域校正輸出顯示結果。一旦計算出模擬校正矢量，結果將被修改以便把抽取和重采樣濾波器的影響包括在內。

最后頻率響應的計算在選定了掃寬后進行，因為它決定了抽取濾波階段的數量和重采樣率。復合的校正矢量充當適用于時間數據的數字均衡濾波器的設計基礎。

FFT 假設將要處理的信號從一個時間記錄到另一個是周期性的。但大部分信號不是按時間記錄周期重復的，兩個時間記錄之間會出現不連續。因此，這個 FFT 假設條件對大多數測量是無效的，必須假設存在不連續性。如果信號不是按時間記錄周期重復，那么 FFT 將不能準確估算頻率分量。最終的效果是產生所謂的“泄漏”現象，就是能量從單一頻率擴散到一段廣泛的頻率上。模擬掃頻調諧信號分析在掃描速度對于濾波器帶寬來說太快時將產生類似的幅度和擴散誤差。

數據窗是解決泄漏問題的一個常用方法。FFT 并不是誤差的起因，它能夠對時間記錄中的信號生成“精確”的頻譜。導致誤差的罪魁禍首是時間記錄之間的非周期性信號特性。數據窗使用窗功能修改時域數據使其變成按時間記錄為周期。實際上，它強迫波形在時間記錄的兩端變成零。這由給時間記錄乘以加權的窗函數來實現。窗對時域中的數據進行變形，以改善其在頻域中的精度。參見圖 8。

圖 8. 窗功能通過修改時域波形，減少頻域中的泄漏誤差。

Agilent 89600B VSA 基于用戶選定的測量類型假設用戶的優先考慮情況，自動選擇適合的窗濾波器。不過，如果希望手動改變窗類型，你可以從幾種內置的窗類型中選擇。每個窗功能及其相關的 RBW 濾波器形狀擁有各自的優勢和劣勢。某窗類型可能改善了幅度精度并減少了“泄漏”，但代價卻是減小了頻率分辨率。因為每種窗類型產生不同的測量結果 ( 差異大小取決于輸入信號的特性以及觸發方式 )，所以你需要針對所進行的測量謹慎選擇適合的窗類型。表 1 總結了四種常見的窗類型及其用途。