PXIe-5668R-26.5GHz寬帶信號分析儀的優點 - 全文

1. 概覽

PXIe-5668R矢量信號分析儀(VSA)提供的帶寬為765 MHz，具有一流的測量性能和測量速度。這款高性能微波信號分析儀可以滿足各種應用的嚴苛需求，比如無線通信、射頻集成電路(RFIC)特性化、無線電探測和定位(RADAR)測試以及頻譜監測/信號情報等。

如圖1所示，PXIe-5668R將高射頻測量性能、高測量速度和高靈活性獨一無二地集于一身。這款儀器具有的行業領先的動態范圍和帶寬使之成為滿足研發應用中各種嚴格測量需求的理想選擇。由于PXIe-5668R采用PXI架構，因此它又具有大批量生產測試所需的快速測量特性。最后，該矢量信號分析儀包含了LabVIEW可編程Xilinx Kintex-7 FPGA，用戶可以通過添加觸發或者添加信號處理程序來自定義儀器的行為。

2. RF測量性能

PXIe-5668R是一種基于快速傅里葉變換(FFT)的PXI信號分析儀，適用于高頻頻譜分析和矢量信號分析。低相位噪聲、低本底噪聲以及高二階和高三階截距等特性的結合使得該儀器具有出色的動態范圍，可滿足相鄰信道泄漏比(ACLR)測量、雜散測量、諧波測量等各種測量的需求。表1展示了中心頻率在1 GHz和20 GHz時的PXIe-5668R典型性能。

PXIe-5668R-26.5GHz寬帶信號分析儀的優點

PXIe-5668R具有的2 GS/s數字化儀使其可以達到極大的瞬時帶寬。如表1所示，儀器在中心頻率低于3.6 GHz時的瞬時帶寬為320 MHz，當中心頻率介于3.6 GHz和26.5 GHz之間時，瞬時帶寬高達765 MHz。

動態范圍

PXIe-5668R優越的動態范圍性能使它能夠精確地進行互調失真(IMD)、相鄰信道功率(ACP)以及誤差矢量幅度(EVM)等一系列測量。在圖2和圖3中，儀器的動態范圍圖表明噪聲和線性度都是混頻器電平的函數。

圖2. 1 GHz中心頻率時PXIe-5668R的動態范圍

圖3. 20 GHz中心頻率時的PXIe-5668R動態范圍圖

在圖2中，我們可以發現大多數測量中混頻器電平大約為36 dBm，此時儀器在1 Hz帶寬下具有接近于117 dB的無雜波動態范圍(SFDR)。在20 GHz下（圖3），PXIe-5668R達到近似性能的最佳混頻器電平是37 dBm。在這一混頻器電平下，儀器在1 Hz帶寬下的無雜波動態范圍為115 dB。

出色的線性度和本底噪聲對IMD 和 ACP的測量具有至關重要的作用。事實上，最能體現儀器執行這些測量的能力的技術參數是三階截距(TOI) 。1 GHz中心頻率及0 dB衰減下， PXIe-5668R的TOI參數值高于+23 dBm。如圖4所示，在1 GHz下，儀器的標稱TOI參數為+25 dBm，比該參數值高出2 dB。

圖4. PXIe-5668R互調失真測量

雖然根據慣例，RF信號分析儀的TOI參數是在0 dB衰減下進行定義，但是RF信號分析儀測量出的TOI要比該規格參數要高得多。在實際使用中，用戶可以通過將PXIe-5668R的內置衰減切換到75 dB來優化測量系統的線性度。

除了IMD測量外，PXIe-5668R的高動態范圍也使之成為進行頻譜測量的理想工具，比如ACP 和ACLR測量。圖5顯示了一個WCDMA信號的ACLR測量，其中最低固有ACLR接近于85 dB。

圖5. PXIe-5668R在468 MHz下的WCDMA ACLR性能

除了進行UMTS ACLR測量外，PXIe-5668R還可以搭配NI無線標準軟件工具包使用，以使用GSM/EDGE、UMTS/HSPA+、LTE/LTE Advanced、藍牙以及802.11a/b/g/n/p/ac等技術測試設備。

3. 寬瞬時帶寬

PXIe-5668R可以提供320 MHz和765 MHz的瞬時帶寬，這取決于頻率范圍。PXIe-5668R只通過單次采集就能測量極大的帶寬，這一特性非常適用于無線通信測試和雷達脈沖測量。使用EVM等度量指標測量帶寬信號時，RF信號分析儀的瞬時帶寬必須大于信號帶寬。比如，對于IEEE 802.11ac等無線技術標準，測量EVM需要的瞬時帶寬為160 MHz。除此之外，160 MHz 802.11ac信號的頻譜掩模要求該信號頻率偏離中心頻率的最大范圍為 ? 240 MHz ，以實現高達480 MHz的總帶寬。在765 MHz的瞬時帶寬下， PXIe-5668R可以在單次采集的情況下進行160 MHz頻譜掩模等測量。

包括雷達脈沖測量在內的其他應用也需要極大的瞬時帶寬。對于典型的雷達脈沖，信號的頻率域特性表現為主瓣和理論上無限大的副瓣的同步函數，如圖6所示。

圖6. 100 MHz.帶寬中所包含的20 ns脈沖主瓣.

脈沖上升時間測量及其他雷達脈沖測量需要VSA捕獲主瓣和多個副瓣。測量X納秒的脈沖上升時間通常要求儀器的瞬時帶寬必須是3/X。比如，要想測量低至5ns的脈沖上升時間，那么儀器的瞬時帶寬就應當是3 / (5 ns) 或者600 MHz。在圖7中可以觀察到，由于PXIe-5668R具有高帶寬，因此它可以極其精確的測量脈沖上升時間，在本例中上升時間是8 ns。

圖7. 零展頻模式下20ns脈沖的時域

雖然PXIe-5668R的超高帶寬使之成為精確測量脈沖時間的理想工具，但是較高的瞬時帶寬也使得PXIe-5668R可在展頻小于儀器的瞬時帶寬的情況下更快速地進行頻譜測量。

4. 靈活性

PXIe-5668R射頻信號分析儀的最后一個關鍵屬性是靈活性，即用戶可以重新配置該儀器。由于PXIe-5668R可使用LabVIEW FPGA進行編程，因此用戶自定義的信號處理算法可以嵌入到儀器內。比如，用戶可以使用LabVIEW示例代碼將儀器配置成實時頻譜分析儀(RTSA)。如圖8所示，利用RTSA的特性，用戶在時域中連續實時地分析超寬帶寬的譜頻。

圖8. PXIe-5668R的實時譜頻分析功能提供了獨特的可視化工具，如持續時間顯示

最后，由于該儀器采用模塊化架構，儀器的下變頻器和數字化儀模塊支持多通道接收器配置。PXIe-5668R矢量信號分析儀可實現多模塊共享本振(LO)和其他定時信號以及各射頻通道之間的相位相干。多通道接收器的相位相干對于雷達測向、波束形成、多輸入和多輸出(MIMO)設備測試等應用非常重要。圖9顯示的是一個雙通道射頻信號分析儀的配置示例。

圖9. 多個 PXIe-5668R儀器可針對多通道、相位相干射頻信號采集進行配置

使用如圖9所示的配置，用戶就可實現多通道測量應用的通道間緊密同步。

5. 架構

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PXIe-5668R使用兩條不同的信號路徑，可同時提供高瞬時帶寬和一流的RF性能。在小于3.6 GHz的低頻段路徑中，儀器采用三級超外差式設計，此時前置放大器是可選的。在高于3.6 GHz的高頻段路徑中，儀器采用二級超外差式設計，其中使用了釔鐵石榴石(YIG)調諧濾波器(YTF)作為預選器。

在PXIe-5668R的低頻段(低于3.6 GHz)，產品包含的多個特性可提高測量性能。圖10是一個簡化的程序框圖。我們可以發現，在測量低電平信號時可以使用30 dB的前置放大器來減小儀器的固有本底噪聲。

圖10. PXIe-5668R的簡化框圖

圖10也顯示了第一混頻級之前的兩個高通濾波器。這兩個濾波器具有1,350或2,200 MHz的高通截止頻率，可1 GHz左右處抑制常見蜂窩通信頻帶的基本頻率。啟用濾波器后，儀器可以分別在大約2 GHz或3 GHz處對低電平的二次和三次諧波進行更加精準的測量。

在高于3.6 GHz的頻帶上，YTF作為預選器，工作頻率為3.6 GHz 到26.5 GHz——在頻譜測量時默認為啟動狀態。對于極高帶寬的矢量信號分析，可以通過禁用YTF來利用儀器本身的765 MHz完整帶寬。

6. 靈活的中頻結構

當數字化儀的采樣率為2 GS/s時，矢量信號分析儀的下變頻器具有靈活的中頻結構，可進行高頻頻譜分析和帶寬矢量信號分析。比如，某些需要高動態范圍的測量——如雙音互調失真(IMD)測量或者ACLR，可使用300 kHz窄帶模擬濾波器來實現。在矢量信號分析過程中，可以完全禁用中頻濾波功能來實現高達320 MHz或765 MHz的帶寬，這取決于中心頻率。

PXIe-5624R數字化儀的帶寬模擬前端針對超外差式接收機架構進行了優化。它具有板載數字下變頻器(DDC)，可將中頻信號轉換為IQ數據。因此， PXIe-5624R既可以用作為PXIe-5668R矢量信號分析儀的一部分，也可以作為獨立的中頻數字化儀使用。