供應(yīng)商告訴EE他們在信號和頻譜分析儀領(lǐng)域所看到的內(nèi)容，討論技術(shù)趨勢和挑戰(zhàn)，客戶要求的內(nèi)容以及市場上的新解決方案。

　　——Mike Hockett 2019年8月7日

　　作為實驗室和行業(yè)中電氣測試最重要的儀器之一，信號頻譜分析儀在許多應(yīng)用場景中呈現(xiàn)多種用途：從通信、雷達到現(xiàn)場制造和行業(yè)設(shè)計。它們的功能隨著數(shù)字技術(shù)的進步在增長，隨著便攜式手持信號/頻譜分析儀采用率的提高，其需求將在未來十年內(nèi)飆升。

　　安立的Field Master Pro MS2090A RF頻譜分析儀

　　各種近期的市場報告均顯示了頻譜分析儀的強勁增長。今年5月13日，市場研究未來（MarketResearchFuture）預(yù)測2018年至2023年頻譜分析儀市場復(fù)合年增長率為8.2％，彼時其市值將達到17.58億美元1。一天之后，研究和市場網(wǎng)站（ResearchAndMarkets.com）分享了一份報告，該報告估計2017年全球頻譜分析儀市場價值為11.3億美元，2026年將達到24.75億美元，復(fù)合年增長率為9.1％2。相比之下，透明度市場研究（Transparency Market Research）在今年1月份的報告稱，2017年頻譜分析儀的全球市場價值為12.08億美元，2026年將達到24.4億美元，達到7.8％3。由此可以看出，雖然預(yù)測有所不同，但他們都認為頻譜分析儀在未來幾年將擁有一個強勁的增長市場。

　　安立的MS269xA信號分析儀

　　當被問及最近所看到的技術(shù)趨勢時，安立的高級產(chǎn)品營銷經(jīng)理Philip Belleau在6月份告訴評估工程部門：“數(shù)據(jù)需求的指數(shù)增長似乎沒有盡頭。Sub 6 GHz頻譜目前有些過度擁擠，還無法提供增加數(shù)據(jù)需求所需要的帶寬。因此，mmWave被認為是唯一可行的解??決方案，因為它擁有足夠的可用頻譜帶寬。

　　“我們已經(jīng)看到越來越多的市場正在向mmWave開放，比如汽車雷達，比如點對點無線電鏈路。”安立的產(chǎn)品營銷經(jīng)理Angus Robinson補充說，“矢量信號分析儀（VSA）正在向更寬的帶寬邁進，尤其是支持5GNR測量。現(xiàn)在100 MHz的帶寬很常見，高端臺式儀器的400 MHz以上也是如此。實時信號分析（RTSA）開始為干擾搜尋提供常規(guī)的SPA/VSA選項。

　　為了更好地了解這些信號/頻譜分析儀的發(fā)展動態(tài)，我們評估工程部門詢問供應(yīng)商們在技術(shù)趨勢、供應(yīng)商挑戰(zhàn)和客戶需求方面所看到的內(nèi)容，以及他們最近提出并采用的最新解決方案。以下是他們告訴我們的。

　　什么趨勢？

　　供應(yīng)商在信號頻譜分析儀領(lǐng)域看到了哪些技術(shù)和市場趨勢？

　　安立的Belleau：“半導(dǎo)體技術(shù)不斷發(fā)展至今，已經(jīng)能夠滿足使用mmWave頻譜所需的高效、經(jīng)濟的元件/系統(tǒng)的要求。mmWave的使用趨勢滿足了經(jīng)濟高效的mmWave測試設(shè)備的需求。新的同軸連接器已經(jīng)被開發(fā)出來，但是很少有測試測量儀器能夠工作在》 110 GHz的頻率下，并且大多數(shù)是帶狀波導(dǎo)，這使得設(shè)備的寬帶分析很困難。”

　　鼎陽的SDS1202X-E是其SDS100X-E系列超級熒光示波器中的一種，它最近獲得了增強其1Mpt FFT功能的固件版本

　　鼎陽科技的北美應(yīng)用營銷經(jīng)理Jason Chonko：“功能集成一直是一個增長趨勢。工程師和技術(shù)人員希望擁有靈活的工具，能快速地為他們的復(fù)雜問題提供答案。這一趨勢包括用于測試RF組件的VNA功能，電纜故障定位和調(diào)制分析集成到臺式平臺中。憑借這種靈活性，技術(shù)人員和工程師可以處理未知情況，并更加相信該工具將是完成工作所需的唯一工具。”

　　泰克的USB RF產(chǎn)品營銷經(jīng)理Dylan Stinson：“許多射頻應(yīng)用都要求硬件和軟件能夠?qū)θ找娣泵Φ腞F頻譜進行更復(fù)雜的表征。例如，無人機系統(tǒng)識別技術(shù)的需求不斷增長，迫使政府、軍方和其他客戶用普通商用發(fā)射器（如Wi-Fi）在相同的頻段內(nèi)找到無人機信號。”

　　羅德施瓦茨的頻譜分析產(chǎn)品經(jīng)理Laura Sanchez和Johan Nilsson：“對更高測量頻率和更寬帶寬的需求日益增加是因為新興技術(shù)，如5G NR、新空間和汽車雷達，我們也看到了衛(wèi)星測試方式的重大變化。借助數(shù)字有效載荷系統(tǒng)，客戶正在尋找具有調(diào)制信號的信號發(fā)生器和基于分析器的解決方案，但是基于VNA的解決方案在過去更為常見。”

　　RADX的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Ross Smith：“在一個或多個通道上需要具有高性能RTSA的多通道同步RF記錄器。RTSA支持14，18，26.5，44和50 GHz的頻率范圍，帶寬高達250，500和1，000 MHz RTBW。RTS的要求，包括極低的100％POI和非常精細的RBW。”

　　挑戰(zhàn)

　　供應(yīng)商和其合作伙伴在信號和頻譜分析儀中面臨哪些主要挑戰(zhàn)？

　　安立的Belleau：“隨著mmWave的使用趨勢，當今測試測量供應(yīng)商面臨的挑戰(zhàn)是開發(fā)具有成本效益的解決方案，從而實現(xiàn)這些mmWave設(shè)備的持續(xù)開發(fā)。如果測試測量設(shè)備無法進行mmWave測量，或無法達到大多數(shù)典型儀器所能達到的價格，mmWave設(shè)備的開發(fā)將受到嚴重阻礙，這將推遲指數(shù)數(shù)據(jù)需求所需的技術(shù)進步。”

　　鼎陽的Chonko： “繼續(xù)努力。新技術(shù)的發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)熱潮帶來的價格壓力導(dǎo)致了難以管控的RF大增長。由于沒有設(shè)定可供關(guān)注的協(xié)議，供應(yīng)商不得不猜測需要支持哪些技術(shù)。這并不是前所未有的情況，但它讓事情變得有趣。”

　　安立的Robinson：“（1）在具有可快速學習的用戶界面的儀器中提供了高級功能集；（2）用于干擾搜索，無線測量，通用IQ分析和生產(chǎn)測試的市場的分段；（3）增加了新5GNR頻段的mmWave頻率覆蓋范圍。”

　　羅德施瓦茨的R&S FSVA3000信號頻譜分析儀

　　羅德施瓦茨的Sanchez和Nilsson：“對更好連接的需求不斷增加；終端用戶需要更高的數(shù)據(jù)速率、更小的延遲和更大的容量。隨著頻譜越來越擁擠，mmWave頻段需要越來越高的頻率。例如，汽車雷達從24 GHz變?yōu)?9 GHz頻段，并且有可能在不久的將來探索到更高的頻率。”

　　泰克的Stinson：“所有測試供應(yīng)商都面臨著類似的挑戰(zhàn)，即向支持其測試預(yù)算價格的客戶展示下一代的測試功能——更高的帶寬，更清晰的軟件，更先進的觸發(fā)器等。”

　　RADX的Smith： “對于我們來說，它正在滿足我們客戶的最高頻率要求，因為我們的基礎(chǔ)模塊COTS將頻率限制在44到50 GHz。”

　　客戶訴求？

　　客戶在信號和頻譜分析儀中要求的功能或創(chuàng)新是什么？

　　安立的Belleau：“這個問題有多種答案，它在很大程度上取決于客戶試圖開發(fā)和測試的內(nèi)容。研發(fā)和學術(shù)環(huán)境在不斷地突破技術(shù)極限，但是預(yù)算有限，所以他們的需求通常與其在預(yù)算范圍內(nèi)可以選擇的市場密切相關(guān)。因此，具有成本效益的mmWave測量產(chǎn)品能使這些客戶在開拓進取的同時克服新的障礙。生產(chǎn)環(huán)境通常要求儀器功能少，成本低，外形尺寸最小，功耗低，操作簡單。通用環(huán)境通常傾向于生產(chǎn)多種功能——可以支持各種測量功能的儀器，如頻譜和信號分析（IQ解調(diào)等）。”

　　泰克的RSAS126B實施頻譜分析儀

　　羅德施瓦茨的Sanchez和Nilsson，Rohde＆Schwarz：“通常需要能夠達到GHz范圍的更寬的分析帶寬，尤其是在雷達和衛(wèi)星應(yīng)用中。在表征航空航天工業(yè)中的部件或系統(tǒng)時，靈活地處理任何類型的刺激信號是一個很好的范例。過去僅使用CW信號進行測試的客戶現(xiàn)在也使用著數(shù)字調(diào)制信號，例如測量誤差矢量幅度等。客戶對自動化測量的功能需求一如既往的高。”

　　RADX的Smith：“擁有內(nèi)置RF記錄功能，能夠不需要外部記錄器；RTSA具有更多解調(diào)和分析功能，能夠放大區(qū)域以尋找小振幅、頻率捷變信號。”

　　鼎陽的Chonko：“許多客戶對可以現(xiàn)場使用并追蹤干擾的便攜式和手持式分析儀感興趣。”

　　安立的Robinson：“5G NR測量，IQ捕獲，無線覆蓋映射和干擾搜尋工具。”

　　配置的優(yōu)缺點

　　頻譜和信號分析儀有多種配置，比如傳統(tǒng)的臺式儀器、帶顯??示屏的手持式儀器、USB儀器和PXI模塊。供應(yīng)商認為每種產(chǎn)品的優(yōu)缺點是什么？

　　安立的Belleau：“尤其是使用USB設(shè)備的趨勢仍然存在。因為不需要內(nèi)部微處理器、內(nèi)存、顯示器等，它們具有成本效益優(yōu)勢。USB儀器通常非常便攜，許多可直接連接到被測設(shè)備，從而消除了由電纜等引起的錯誤。PXI模塊和PXI模塊的變體也提供了一些優(yōu)勢，尤其是在多端口、同步測量情況下的需要。它們通常需要一個主機機箱，使其從一個位置移動到另一個位置有些困難。由于PXI模塊本身的物理形狀因素，通常需要進行性能權(quán)衡以使產(chǎn)品符合其約束條件。傳統(tǒng)的臺式儀器正逐漸被這些更現(xiàn)代的USB和PXI等效產(chǎn)品所取代，即便臺式分析儀對于絕對最高的性能要求仍然是必需的，并且將持續(xù)到基于USB和PXI的儀器能夠完全匹敵臺式儀器性能的時候。”

　　鼎陽的Chonko：“臺式儀器通常可為投資提供最佳性能。這主要是由于設(shè)計中使用大量零件。手持設(shè)備在現(xiàn)場測量上非常有用，但由于設(shè)計挑戰(zhàn)和電池供電操作所需的更多特定組件，它們通常成本更高且性能不足。借助便攜的外形，USB儀器能提供相對于臺式儀器更低的成本和更高性能，但它們需要計算機、軟件和超快速USB連接才能實現(xiàn)全部性能。PXI儀器和其他模塊化產(chǎn)品與臺式儀器非常相似，但它們沒有顯示器以及“獨立”操作的能力，需要昂貴的主機和控制計算機。它們非常適合制造業(yè)和長期研發(fā)測試中的固定安裝測試。”

　　羅德施瓦茨的Sanchez和Nilsson：“雖然模塊化架構(gòu)最初可能看起來具有成本效益，但在額外的軟件開發(fā)、培訓(xùn)和應(yīng)用支持方面，會有隱藏的費用。此外，PXI模塊的供應(yīng)商并不總能提供徹底規(guī)范的產(chǎn)品。大多數(shù)客戶更喜歡臺式儀器：它們更易于配置，客戶可以立即開始進行測量，并且可以通過GPIB或LAN輕松完成測量系統(tǒng)的集成。”

　　安立的Robinson：“隨著客戶在現(xiàn)場進行網(wǎng)絡(luò)安裝和優(yōu)化（干擾和PIM搜索）的測量，手持式儀器的需求越來越大。生產(chǎn)環(huán)境需要高速測試，這推動了在平臺外進行信號處理的新一代分析儀配置的發(fā)展。”

　　多功能與專用儀器

　　如今，數(shù)字示波器可以執(zhí)行快速傅里葉變換（FFT），許多都有專用的頻譜分析通道。使用示波器和其他多功能儀器的頻譜分析功能，與專用信號和頻譜分析儀相比有哪些優(yōu)缺點？

　　安立的Belleau：“數(shù)字示波器基本上是測量時域中的信號，這限制了它們的高頻測量能力，因為更高頻率的測量需要更高的直接測量帶寬和更高帶寬的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。ADC隨著帶寬的增加，位數(shù)（ADC分辨率）通常會降低，因此動態(tài)范圍會縮小。更高的直接測量BW也與更高的噪聲密切相關(guān)，這同樣限制了動態(tài)范圍。更高帶寬的示波器也更加昂貴。此外，在寬帶較寬的信號上進行FFT需要較高的處理能力，因此FFT頻譜的更新通常比專用信號和頻譜分析儀的速度慢。”

　　鼎陽的Chonko：“示波器上的集成FFT /頻譜分析儀功能肯定會增加其實用性。在EMI分析、調(diào)制信號分析和跟蹤諧波信號內(nèi)容時，只需訪問頻域數(shù)據(jù)即可。遺憾的是，示波器前端不那么敏感，它們也沒有提供與獨立頻譜分析儀相同的動態(tài)測量范圍。濾波器表征、VSWR和完全電磁兼容性故障排除需要基于傳統(tǒng)頻譜分析儀設(shè)計的大動態(tài)測量范圍。”

　　羅德施瓦茨的Sanchez和Nilsson：“這兩種產(chǎn)品針對于不同的市場，但是如果我們嘗試在頻譜測量方面進行比較，會發(fā)現(xiàn)信號分析儀的明顯優(yōu)勢在于其更大的動態(tài)范圍，從而可以以最佳的EVM性能測量數(shù)字信號調(diào)制精度。頻譜分析儀在光譜純度和靈敏度方面通常也優(yōu)于示波器，這對于相位噪聲和噪聲系數(shù)測試等基本測量尤為重要。示波器的優(yōu)勢在于其較寬的的分析帶寬和相干的多通道能力。”

　　RADX的Smith：“數(shù)字存儲示波器非常適合標準頻譜分析儀應(yīng)用，但對RTSA而言并非如此。我們認為數(shù)字存儲示波器是一種“便利”頻譜分析儀，就像瑞士軍刀上的螺絲刀一樣。瑞士軍刀很好拿，但如果你需要建立一個圍欄，你可能需要一個真正的螺絲刀（或一個牧田）。”

　　今天的市場

　　以下是供應(yīng)商告訴我們的他們最近推出的信號和頻譜分析儀解決方案，以及這些解決方案的一些關(guān)鍵特性。

　　ADX的Teifecta-SSD COTS BTB，16TB、31TB PXIs SSD Raid模塊之一

　　安立的Robinson：“今年2月，我們推出了Field Master Pro MS2090A射頻頻譜分析儀。MS2090A具有過去從未在緊湊型手持式儀器中提供的性能。它具有9 kHz到54 GHz的連續(xù)頻率覆蓋范圍，專門用于應(yīng)對當今的各種其他無線技術(shù)設(shè)計的挑戰(zhàn)，包括5G、無線回程、航空航天/國防、衛(wèi)星系統(tǒng)和雷達。Field Master Pro MS2090A可在手持式觸摸屏頻譜分析儀中提供最高水平的RF性能。”

　　RADX的Smith：“我們最近推出了Trifecta PXIe SSD RAID模塊，使基于PXIe的頻譜分析儀和RF記錄器能夠在基于PXIe機箱的系統(tǒng)中存儲高達128 TB的寬帶數(shù)據(jù)。Trifecta大大降低了高性能SSD RAID存儲的成本，并且在多數(shù)情況下無需記錄外部RF。我們也正在推出兩款新產(chǎn)品：LGT12xx，這款產(chǎn)品擁有1、2、4、8或16個通道，6 GHz帶寬，精密同步，RF記錄和回放系統(tǒng)，支持高達1 GHz MHz的RTBW和記錄/回放帶寬；LGT13xx，它將RF上下轉(zhuǎn)換添加到LGT12xx，擴展高頻范圍到18 GHz。”

　　鼎陽的Chonko：“最近發(fā)布了針對我們廣受歡迎的4通道SDS1X-E示波器系列的新固件版本，它增強了示波器平臺的1 Mpt FFT功能，使其更接近于頻譜分析儀，測量AM信號的調(diào)制指數(shù)是一個很好的應(yīng)用示例。鼎陽SSA3X系列頻譜分析儀對標記表中的新頻率/幅度搜索功能進行了更新，提供了更高的靈活性和新的偏移功能。”

　　泰克的Stinson：“近期的泰克：（1）升級了旗艦產(chǎn)品RSA7100實時頻譜分析儀，響應(yīng)Mil/Aero客戶的反饋，配備了符合時間要求的觸發(fā)器，改善記錄和回放應(yīng)用的IQ數(shù)據(jù)控制和吞吐量；（2）為我們的性能DPO70000SX系列示波器推出優(yōu)化分析軟件802.11ay，具有EVM性能，支持下一代無線標準產(chǎn)品的開發(fā)；（3）擴展了流行的RSA500系列：先進的、堅固耐用的便攜式頻譜分析儀，具有18 GHz和13 GHz現(xiàn)場便攜式型號。”

　　泰克的新一代FieldFox手持式微波分析儀

　　羅德施瓦茨的Sanchez和Nilsson：“我們最近推出了兩個專門用于5G NR測試的新產(chǎn)品線。R＆S FSVA3000信號頻譜分析儀性能高，價格適中，可用于在實驗室中測試BS。R＆S FSV3000是市場上用于5G生產(chǎn)測試的最快儀器。我們還推出了新的R＆S FSW型號，它通過提供更寬的解調(diào)帶寬和動態(tài)范圍以及市場上最佳的相位噪聲性能，在競爭中脫穎而出。”

　　是德技術(shù)公司FieldFox產(chǎn)品營銷部門Cherisa Kmetovicz：“我們正在推出新的一系列未來分析儀，以滿足5G、衛(wèi)星通信、信號監(jiān)測和電子戰(zhàn)應(yīng)用不斷增長的需求。新一代FieldFox手持式微波分析儀提供六種組合型號（N991xB）和六種信號分析儀型號（N993xB），頻率范圍為4到26.5GHz。”

　　應(yīng)用

　　這些供應(yīng)商的信號頻譜分析儀解決方案最近使用了哪些新穎和獨特的應(yīng)用？

　　安立的Belleau：“基于USB的Spectrum Master MS2760A超便攜式頻譜分析儀已投入應(yīng)用：直接以mmWave頻率在晶圓探針尖端上進行光譜測量，在晶圓上測試DUT。MS2760A擁有獨特的小巧外形和較輕的重量，可以利用商用無人機進行室外m??mWave 3D天線方向圖測量。在腔室中mmWave的天線圖案測量更容易進行，因為該器件可以直接安裝到DUT，它還被用于77/79 GHz的汽車雷達生產(chǎn)測試。”

　　鼎陽的Chonko：“一個更有趣的應(yīng)用是照明鎮(zhèn)流器引起的電磁干擾。業(yè)余無線電廣播公司（HAM）對擁有干凈的通信渠道非常感興趣，他們對照明鎮(zhèn)流器和“劣質(zhì)”設(shè)計發(fā)出的EMI也非常敏感。室內(nèi)園藝的增長增加了這種類型燈的體積，由此也增加了對HAM的挫敗感，他們中的許多人都在尋找其EMI問題的根源，發(fā)現(xiàn)這可能是由于室內(nèi)花園。”

　　泰克的Stinson：“頻譜分析儀客戶將泰克的 RSA518A用于更豐富的現(xiàn)場解決方案，小巧的系統(tǒng)、堅固的外形和18 GHz實時頻譜分析功能增加了其價值。這些應(yīng)用的例子包括對在機場和船上的船只進行輻射危險試驗，遠程、網(wǎng)絡(luò)頻譜監(jiān)測節(jié)點，檢測商用無人機。”

　　RADX的Smith：“一個EW應(yīng)用程序，使客戶能檢測持續(xù)時間非常短的間歇信號，使用我們LGT1410獨立的捕獲和分析頻段，能將信號“帶出”噪聲層并捕獲它以進行更深入的分析。”

　　參考文獻

　　1. 市場研究未來。 《頻譜分析儀市場研究報告——全球預(yù)測至2023年》。 2019年5月。

　　.https：//www.marketresearchfuture.com/reports/spectrum-analyzer-market-7403

　　2. ResearchAndMarkets.com. 《全球頻譜分析儀市場展望（2017-2026）》。 2019年5月。

　　https://www.researchandmarkets.com/reports/4757834/spectrum-analyzer-global-market-outlook-2017

　　3. 透明度市場研究。 《頻譜分析儀市場——全球行業(yè)分析、規(guī)模、份額、增長、趨勢和預(yù)測2018 - 2026年》。 2019年1月。

　　https://www.transparencymarketresearch.com/spectrum-analyzer-market.html