對於每一位射頻研發人員而言，射頻訊號干擾是一個常見問題。干擾的原因可能是偶發訊號或事件，也可能是訊號源隨頻率變化的固有頻譜特性，抑或是數位電路的固有特性。然而，尋找其中的原因通常既富有挑戰性又十分耗時。
分析頻率範圍達40GHz
在即時模式下，市面上有可無縫隙截取無線電訊號至40MHz的量測頻寬，將訊號轉換至頻域，以顯示其頻譜。為了提高時間解析度及訊號強度的量測準確度，甚至是瞬時或脈衝訊號，分析儀使用至少80%的大量重疊時間進行快速傅立葉變換(FFT)。
由於所有被截取的數據是在無縫隙實時狀態下被處理，因此，使用者不會遺漏即使是極短暫的訊號。如羅德史瓦茲(R&S)FSVR是第一台可實現頻率範圍高達40GHz的即時頻譜分析儀，若配合使用外部混頻器，其工作頻率甚至可達到110GHz。
R&S FSVR對訊號以128MHz的速率進行採樣，並轉換至頻域。其計算速度高達每秒二十五萬個頻譜。然而，人眼無法識別如此大量的頻譜。為此，該即時頻譜分析儀將數據進行整合並以人眼能夠識別的更新速率即大約每秒三十次顯示量測結果。此外，並使用峰值檢波器以確保無一訊號遺漏。
在此一模式下，此即時頻譜分析儀將多個頻譜數據整合成一條軌跡圖像，從而提高時間解析度。為了給使用者一個隨時間變化的清晰頻譜圖，該分析儀還提供多種顯示模式和量測功能。
圖形顯示訊號出現機率
持續模式為顯示瞬間訊號提供一個有效工具。R&S FSVR可將大量譜線無縫隙重疊顯示於單一頻譜圖中。在圖中，某一色彩表示訊號出現的機率。例如，持續出現的訊號用紅色表示，而藍色則表示不經常出現的訊號。在所定義的持續時間內，如果某一訊號不再出現，頻譜圖也將不再顯示該訊號。持續模式為訊號描繪了一幅譜線統計圖。因此，這是一個分析無規律訊號的極其有用的工具。例如，使用者可藉此分析鎖相迴路(PLL)的瞬態響應特性。
完全無縫隙並具有統計意義的頻譜圖，為系統的動態性能提供一幅全新畫面。使用者可以藉此觀察是否發射機有快速跳頻抑或發生短暫幅度跳變。諸如此類可能嚴重影響到整個系統性能的現象，很難使用掃描式頻譜分析儀被發現。圖1顯示一個典型量測。分析儀截取並顯現出即使是非常短暫的訊號，從而提供一幅隨時間變化的完整頻譜圖。
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| 圖1 在持續模式下，WLAN電壓控制振盪器的瞬態響應。 |
提供無縫隙譜線圖
持續模式透過在頻域中顯示訊號隨時間的變化，為使用者分析錯誤提供可能性。為了準確捕獲這種隨時間的變化，R&S FSVR內含光譜圖功能。透過為訊號幅度指定某一色彩，使得譜線可僅由單一一條水平線表示。不斷添附的水平線即構成光譜圖。在即時模式下，光譜圖提供一幅隨時間變化的無縫隙譜線圖。
在光譜圖模式下，R&S FSVR每秒鐘捕獲記錄高達一萬個軌跡圖形，並寫入緩衝存儲器。分析儀借用檢波器將數據壓縮以便顯示在屏幕上。緩衝存儲器可容納多達十萬個軌跡圖形。在特定刷新速率下，該頻譜分析儀可連續測試長達5小時。
為實現細緻全面的量測，分析儀在時間和頻率座標軸上提供多種標示，這使得在某一頻率下事件持續時間抑或事件間隔等參數的量測非常簡便(圖2)，因此大量簡化各個頻段的無縫隙監測。
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| 圖2 機場雷達訊號--光譜圖顯示訊號的脈衝結構，並實現量測2.5毫米脈衝重複週期。 |
然而，這不僅只對頻率監測有用，對於工程師尋找時斷時續的干擾訊號也非常有幫助。甚至對於含有大量頻率變更的無線傳輸如無線射頻辨識系統(RFID)或藍牙(Bluetooth)，在跟蹤跳頻及確定發射機特性時，R&S FSVR也是極有價值的工具。不僅讓尋找發射機在頻率處理過程中的偶發錯誤或數位電路所產生的偶發干擾更加簡便，還大大地縮短所需的時間。
設定訊號頻譜觸發
由光譜圖所獲取的資訊還可用於規定頻域觸發機制，即頻率模板觸發(FMT)。FMT對頻譜事件作出反應。R&S FSVR以高達每秒二十五萬條譜線的速率鑑定每一條譜線，並與基於頻率的預定義模板相比較。如果某一頻譜軌跡超越模板，R&S FSVR便產生一個觸發事件並顯示於當前的頻譜，或者也可在一個量測應用中，提供所獲取的數據用於進一步處理。
憑藉該分析儀的觸控螢幕可輕鬆界定頻譜觸發模板。清晰的結構化圖表為使用者提供修改模板以適應迅變情況的便捷工具。
圖3顯示使用者可輕鬆地高效操作分析儀。操作者可同時定義上下邊界線。當要求被監測訊號必須界於既定允許範圍內時，上述觸發條件將非常有用。
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| 圖3 頻譜觸發模板邊界線設置輸入視窗--當前譜線被顯示於視窗，邊界線各節點可由數字鍵輸入，也可直接移至所需位置，抑或被自動調整。圖中顯示使用者欲對一個高於真實訊號頻率約400kHz的錯誤訊號進行觸發。這是一個偶發錯誤訊號，使用一般分析儀將難以監測該訊號。 |
此外，該分析儀的輸入/輸出(I/Q)儲存器可容納多達兩億個(200M)採樣。這意味著，即使是寬頻及高採樣速率，R&S FSVR都能在相當長時段內無縫隙記錄頻譜。
集訊號/頻譜分析於一身
如果即時模式未被啟動，R&S FSVR將如同一台頻譜分析儀或訊號分析儀，會對由規格所確定的頻段(高達40GHz)掃描並顯示頻譜。其掃描速率極高，可在小於1秒內對全頻段進行掃描。其分辨率帶寬從1H～10MHz，選擇範圍不受頻跨限制。除了非常快速地掃描濾波器外，分析儀還提供多種通道濾波器及平方根升餘弦(RRC)濾波器以配合各種行動通訊標準的需要。
R&S FSVR提供大量標配的量測功能，如鄰道功率(ACP)、頻譜輻射模板(SEM)、三階截距(TOI)，互補累積分布函數(CCDF)及雜散輻射等的量測。
R&S FSVR以電平量測至7GHz的0.4分貝(dB)不確定度提供準確可靠的量測結果。正如R&S FSV訊號與頻譜分析儀，R&S FSVR以其總量測不確定度提供領先性能。若使用選件R&S FSV-K9，還可直接連接R&S NRP功率探頭用以特殊高精度的量測，而無需額外的功率計。
R&S FSVR提供極佳的通用頻譜分析儀的射頻性能，包括顯示平均噪聲電平(DANL)： -155dBm(1Hz) at 1GHz, -147dBm(1Hz) at 30GHz；選用前置放大器時的DANL：-163dBm(1Hz) at 1GHz, -162dBm(1Hz) at 30GHz；起始頻率為9kHz時的DANL：-140dBm(1Hz)；三階截距(TOI)的典型值：+16dBm(f<3.6GHz)；載頻偏置10kHz的相位噪聲典型值：-106dBc(1Hz), typ. -110dBc(1Hz)；3GPP WCDMA ACLR的動態範圍：73dB；分辨率帶寬從1M～10MHz，此外，當零頻跨時，可至20MHz/40MHz。
在頻譜分析模式下，R&S FSVR每秒掃描超過一千次，比其他頻譜與訊號分析儀快五倍。如此優異的量測性能不僅有助於提升系統產能，而且還可縮短研發和認證測試運作時間，因為許多規範都要求對大量測試數據進行平均處理。
除了標準規格所含的多種功能外，該頻譜分析儀還提供選項以量測基本物理特性，如相位噪聲(R&S FSV-K40)、噪聲係數(R&S FSV-K30)、類比調變(AM/FM/PM)訊號參數以及數位調變訊號參數(R&S FSV-K70)。
R&S FSVR不僅適用於經典頻譜分析應用，而且也是各種行動通訊規範一致性認證的首選儀器。目前支持全球行動通訊系統(GSM)/增強型GSM數據服務(EDGE)/EDGE Evo、寬頻分碼多重存取(WCDMA)、分時同步分碼多重存取(TD-SCDMA)、CDMA2000、無線區域網路(WLAN)802.11a/b/g/n、全球微波存取互通介面(WiMAX)、長程演進計畫(LTE)包括分時雙工(TDD)/分頻雙工(FDD)等規範。
總歸來說，R&S FSVR是將即時頻譜分析儀功能與全能型訊號及頻譜分析相結合的儀器，其各種操作簡便的即時功能，讓使用者不僅可以充分利用其全新及高效能的分析能力，也能同時繼續使用所熟悉的訊號與頻譜分析功能。而與頻譜分析儀相一致的直觀介面，簡化了熟悉儀器操作的過程，從而在綜合完整的設計理念下成功整合即時分析功能。
(本文作者Wolfgang Wendler為羅德史瓦茲頻譜分析儀產品經理、陳飛宇任職於羅德史瓦茲)