Анализаторы сигналов с быстрым свипированием: невидимая технология, которая работает

Бен Зарлинго (Ben Zarlingo)

Пара преимуществ, которые не скроешь

Хотя мы редко об этом задумываемся, но измерения сигналов, например, низкоуровневых паразитных составляющих, включают сбор большого объёма информации и поэтому могут быть очень медленными. Я уже описывал, как иногда нам помогают законы физики, но этот удачный случай даёт лишь умеренные преимущества.

Появившиеся несколько лет назад в анализаторах сигналов цифровые фильтры ПЧ дали определённый выигрыш по скорости и характеристикам. Улучшенный коэффициент формы и согласованная полоса пропускания повышают точность, а предсказуемая динамическая характеристика позволяет повысить скорость свипирования от двух до четырёх раз. Эффекты быстрого свипирования можно корректировать в режиме реального времени, если только скорость выросла не слишком сильно.
Идея коррекции более быстрых скоростей свипирования была многообещающей, а открывающиеся перспективы выглядели ещё более привлекательными на фоне ужесточения требований к уровню паразитных составляющих, гармоник и другим характеристикам. Чтобы удовлетворить эти требования, в анализаторах спектра и сигналов используется специальная техника снижения шумов, которая заключается в сужении полосы фильтра ПЧ (RBW), причём уровень шумов снижается на 10 дБ при сужении RBW в 10 раз.
К сожалению, время свипирования растёт пропорционально квадрату уменьшения RBW. Расплата 100-кратным увеличением времени измерения за улучшение отношения сигнала к шуму на 10 дБ – слишком дорогое удовольствие.
Как уже бывало в прошлом, для улучшения измерений и облегчения жизни радиоинженеров можно использовать специальные алгоритмы и высокоскоростную цифровую обработку сигнала:

Эти два измерения охватывают один и тот же диапазон частот и выполнены с одинаковой полосой измерительного фильтра. Опция FS1 для анализаторов сигналов Keysight серии X (снизу) повышает скорость измерения примерно в 50 раз.

Быстродействующая специализированная ИС в анализаторе сигналов выполняет частотную и амплитудную коррекцию и коррекцию полосы измерительных фильтров при скоростях свипирования, до 50 раз превышающих традиционную скорость, с минимальными ошибками. Это улучшение относится к свипирующим (не БПФ) измерениям и даёт максимальный эффект, когда полоса измерительного фильтра составляет примерно 10 кГц или больше.

Выигрыш по скорости тут очевиден, но другое преимущество может быть не столь заметным: возможность использования более узкого фильтра ПЧ для улучшения воспроизводимости результатов при сохранении того же времени свипирования.

На этом графике сравнивается воспроизводимость (по вертикальной оси) быстрого и традиционного свипирования. Более низкий уровень и менее крутой спад синей кривой демонстрирует улучшенную воспроизводимость и меньшую зависимость от времени свипирования.

Степень роста скорости зависит от особенностей измерения и конфигурации анализатора, но она достигается автоматически и без ухудшения характеристик. Если медленные измерения вас уже утомили, поищите информацию об этом методе в наших рекомендациях по применению быстрого свипирования.