矢量信號分析儀是常用的進行雷達和無線通訊信號分析的儀器。

模擬掃描調諧式頻譜分析儀使用超外差技術覆蓋廣泛的頻率范圍 ; 從音頻、微波直到毫米波頻率。快速傅立葉變換 (FFT) 分析儀使用數(shù)字信號處理(DSP) 提供高分辨率的頻譜和網絡分析。如今寬帶的矢量調制 ( 又稱為復調制或數(shù)字調制 ) 的時變信號從 FFT 分析和其他 DSP 技術上受益匪淺。VSA 提供快速高分辨率的頻譜測量、解調以及高級時域分析功能，特別適用于表征復雜信號，如通信、視頻、廣播、雷達和軟件無線電應用中的脈沖、瞬時或調制信號。

圖 1 顯示了一個簡化的 VSA 方框圖。VSA 采用了與傳統(tǒng)掃描分析截然不同的測量方法 ; 融入 FFT 和數(shù)字信號處理算法的數(shù)字中頻部分替代了模擬中頻部分。傳統(tǒng)的掃描調諧式頻譜分析是一個模擬系統(tǒng) ; 而 VSA 基本上是一個使用數(shù)字數(shù)據(jù)和數(shù)學算法來進行數(shù)據(jù)分析的數(shù)字系統(tǒng)。VSA 軟件可以接收并分析來自許多測量前端的數(shù)字化數(shù)據(jù)，使您的故障診斷可以貫穿整個系統(tǒng)框圖。

圖 1. 矢量信號分析過程要求輸入信號是一個被數(shù)字化的模擬信號，然后使用 DSP 技術處理并提供數(shù)據(jù)輸出 ; FFT 算法計算出頻域結果，解調算法計算出調制和碼域結果。

VSA 的一個重要特性是它能夠測量和處理復數(shù)數(shù)據(jù)，即幅度和相位信息。實際上，它之所以被稱為“矢量信號分析”正是因為它采集復數(shù)輸入數(shù)據(jù)，分析復數(shù)數(shù)據(jù)，并輸出包含幅度和相位信息的復數(shù)數(shù)據(jù)結果。矢量調制分析執(zhí)行測量接收機的基本功能。在下一篇“矢量調制分析基礎”中，您將了解到矢量調制與檢波的概念。

在使用適當前端的情況下，VSA 可以覆蓋射頻和微波頻段，并能提供額外的調制域分析能力。這些改進可以通過數(shù)字技術來實現(xiàn)，例如模擬 - 數(shù)字轉換，以及包含數(shù)字中頻 (IF) 技術和快速傅立葉變換 (FFT) 分析的 DSP。

因為要分析的信號變得越來越復雜，最新一代的信號分析儀已經過渡到數(shù)字架構，并且往往具有許多矢量信號分析和調制分析的能力。有些分析儀在對信號進行放大，或進行一次或多次下變頻之后，就在儀器的輸入端數(shù)字化信號。在大部分現(xiàn)代分析儀中，相位連同幅度信息都被保留以進行真正的矢量測量。另一方面，其它的前端如示波器和邏輯分析儀等對整個信號進行數(shù)字化，同時也保留了相位和幅度信息。VSA 無論作為合成的測量前端的一部分，還是單獨在內部運行或在與前端相連的計算機上運行的軟件，它的分析能力都依賴于前端的處理能力，無論前端是綜合測量專用軟件，還是矢量分析測量動態(tài)信號并產生復數(shù)數(shù)據(jù)結果。

VSA 相比模擬掃描調諧分析有著獨特的優(yōu)勢。一個主要的優(yōu)勢是它能夠更好地測量動態(tài)信號。動態(tài)信號通常分為兩大類 : 時變信號或復數(shù)調制信號。時變信號是指在單次測量掃描過程中，被測特性發(fā)生變化的信號 ( 例如突發(fā)、門限、脈沖或瞬時信號 )。復數(shù)調制信號不能用簡單的 AM、FM 或 PM 調制單獨描述，包含了數(shù)字通信中大多數(shù)調制方案，例如正交幅度調制 (QAM)。

圖 2. 掃描調諧分析顯示了一個窄帶 IF 濾波器對輸入信號的瞬時響應。矢量分析使用 FFT 將大量時域采樣轉換到頻域頻譜。

傳統(tǒng)的掃描頻譜分析實際上是讓一個窄帶濾波器掃過一系列頻率，按順序每次測量一個頻率。對于穩(wěn)定或重復信號，這種掃描輸入的方法是可行的，然而對掃描期間發(fā)生變化的信號，掃描結果就不能精確地代表信號了。

還有，這種技術只能提供標量 ( 僅有幅度 ) 信息，不過有些信號特征可以通過進一步分析頻譜測量結果推導得出。

VSA 測量過程通過信號“快照”或時間記錄，然后同時處理所有頻率，以仿真一系列并聯(lián)濾波器從而克服了掃描局限。例如，如果輸入的是瞬時信號，那么整個信號事件被捕獲 ( 意味著該時刻信號的所有信息都被捕獲和數(shù)字化 ); 然后經過 FFT 運算，得出“瞬時”復數(shù)頻譜對頻率的關系。這一過程是實時進行的，所以就不會丟失輸入信號的任何部分。基于這些，VSA 有時又稱為“動態(tài)信號分析”或“實時信號分析”。不過， VSA 跟蹤快速變化的信號的能力并不是無限制的。它取決于 VSA 所具有的計算能力。

并行處理為高分辨率 ( 窄分辨率帶寬 ) 測量帶來另一個潛在的優(yōu)勢：那就是更短的測量時間。如果你曾經使用過掃描調諧頻譜分析儀，就會知道在較小小頻率掃寬下的窄分辨率帶寬 (RBW) 測量可能非常耗時。掃描調諧分析儀對逐點頻率進行掃描的速度要足夠慢以使模擬分辨率帶寬濾波器有足夠的建立時間。與之相反，VSA 可以一次性測量整個頻率掃寬。不過，由于數(shù)字濾波器和 DSP 的影響，VSA 也有類似的建立時間。與模擬濾波器相比，VSA 的掃描速度主要受限于數(shù)據(jù)采集和數(shù)字處理的時間。但是，VSA 的建立時間與模擬濾波器的建立時間相比通常是可以忽略不計的。對于某些窄帶測量，VSA 的測量速度可以比傳統(tǒng)的掃描調諧分析快 1000 倍。