Цифровые технологии: новый уровень спектрального анализа

Основные изменения в анализаторах коснулись функциональной схемы. Благодаря повышенной производительности дискретизаторов, цифровых фильтров и технологии быстрого преобразования Фурье (БПФ), тракт промежуточной частоты (ПЧ) превратился из скалярного в векторный. И все чаще эти изменения отражают природу и архитектуру сигналов и систем, с которыми приходится работать современным инженерам.

Другие важные изменения коснулись интерфейса пользователя и пользовательского восприятия. Сегодня широко применяемую в смартфонах, планшетах и ПК технологию сенсорного управления можно легко адаптировать к большим дисплеям, которыми все чаще оснащают анализаторы сигналов. В результате у анализаторов появляются новые интерактивные свойства, позволяющие интуитивно отслеживать причинно-следственные связи в процессе разработки, отладки и диагностики.

Адаптация технологий к потребностям пользователя

Технологические тенденции последних 20 лет стимулировали отход от привычной парадигмы «свипирующего анализатора спектра». Наиболее заметными достижениями стали векторные анализаторы сигналов (VSA) в начале 1990‑х и еще примерно через 10 лет — настольные анализаторы спектра реального времени (RTSA).

Эти новые приборы работают не так, как традиционные анализаторы спектра, позволяют выполнять другие измерения и имеют иные режимы отображения. Для некоторых пользователей эти изменения стали почти непреодолимым барьером.

Сегодня в новейших анализаторах сигналов Keysight серии X применяются технологии, ускоряющие и упрощающие практически все измерения. Это достигается двумя способами. Первый способ заключается в применении одного анализатора для выполнения свипирующего анализа, векторного анализа и анализа в режиме реального времени. В любой момент радиоинженеру может потребоваться одна или несколько таких функций.

Второй способ состоит в упрощении настройки измерений и управления анализатором, в каком бы режиме он ни использовался. Благодаря наличию сенсорного экрана доступ к широкому выбору функций измерения, отображения и анализа уже не требует применения сложного, многоуровневого кнопочного интерфейса.

Доступная производительность

Теперь все анализаторы сигналов серии X имеют большой экран с технологией мультитач, аналогичный тем, что применяются в планшетах (с диагональю 36 см в UXA и 27 см в других моделях). Настойка измерений и режимов отображения легко выполняется знакомыми жестами, такими как одиночное или двойное касание для выбора параметра или расширения окна, перетаскивание и сжатие пальцами для масштабирования экрана и нажатие с удержанием для доступа к контекстно-чувствительной информации (рис. 1).

Рис. 1. Новые анализаторы сигналов Keysight серии X отражают трансформацию технологий анализа спектра и пользовательского восприятия

При этом в полной мере сохраняются интуитивные возможности классического свипирующего анализатора. Одно прикосновение к панели меню, примечанию или выпадающему окну открывает доступ к основным параметрам, будь то простой анализ спектра или сложная цифровая демодуляция (рис. 2).

Рис. 2. Одно нажатие на панель меню открывает доступ к таким возможностям, как технология подавления шумов Keysight (NFE), которая уменьшает уровень шумов спектрального анализа на 12 дБ

На самом деле, для выполнения большинства операций достаточно двух прикосновений. Это позволяет быстро перемещаться между функциями отображения и анализа, не теряя естественного ощущения работы со свипирующим анализатором при выполнении базовых измерений спектра.

Сокращение сроков обучения

По мере усложнения сигналов и измерений инженеры все чаще сталкиваются с увеличением времени обучения. В случае анализатора сигналов эту проблему можно смягчить двумя способами: минимизировать отличия от знакомой модели применения или использовать один и тот же интерфейс пользователя, измерительные приложения и команды программирования в нескольких измерительных платформах.

Серия X состоит из пяти моделей: UXA, PXA, MXA, EXA и CXA. Общая внутренняя архитектура включает уровень абстрагирования измерений, который везде, где только можно, скрывает от пользователя или программиста отличия и сложности внутренней аппаратной части. Это дает одно важное преимущество: благодаря единообразию управления и программирования всех моделей семейства, если вы освоили одну модель анализатора серии X, считайте, что освоили все.

Поиск проблем и причинно-следственных связей

В режимах векторного анализа сигналов и анализа спектра реального времени большой сенсорный экран и многооконный интерфейс упрощают одновременное отображение нескольких сложных сигналов (рис. 3). Эти режимы отображения дополняют собственный опыт инженера и помогают выявлять причинно-следственные связи даже для сигналов со сложным поведением и неизвестными временными соотношениями.

Рис. 3. Выпадающие окна позволяют быстро настроить измерение сигнала передатчика LTEA FDD ETC, в том числе параметры демодуляции 256QAM

Помимо интерфейса пользователя, пять анализаторов серии X применяют общие приложения, которые выполняют проверенные и готовые измерения для анализа сигналов. Область применения этих приложений простирается от параметрических измерений, таких как фазовый шум и коэффициент шума, до специального анализа сигналов LTE/LTE-Advanced и W‑CDMA. Все пять моделей используют единые принципы измерения, алгоритмы и органы управления, что обеспечивает получение воспроизводимых результатов, позволяющих точно измерять характеристики устройств и систем.

Кроме того, анализаторы серии X совместимы с программным обеспечением Keysight 89600 VSA, которое предлагает всеобъемлющий набор функций для демодуляции и векторного анализа сигналов. Помимо этого, ПО поддерживает связь с функциями моделирования систем автоматизированного проектирования (САПР) электронных устройств, таких как Keysight ADS и SystemVue.

Повышение качества измерений

Последние достижения в области цифровых технологий проникли и в схему гетеродина анализаторов сигналов серии X. Компания Keysight создала оптимизированный для работы с ВЧ-сигналами цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который составляет ядро синтезатора частоты с прямым цифровым синтезом (DDS), применяемого в гетеродинах моделей UXA и PXA.

Поскольку гетеродин используется во всех преобразованиях частоты, его чистота и стабильность отражаются в таких параметрах обеих моделей, как уровень паразитных составляющих и фазовый шум. Для средней и малой отстройки частоты предусмотрен только гетеродин на базе DDS. Одно из основных преимуществ этого решения заключается в устранении типичного «пьедестала» фазового шума, свойственного анализаторам, которые используют технологию фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Для больших отстроек частоты гетеродин на базе DDS применяется в сочетании с ФАПЧ на основе ЖИГ, что дает дополнительные улучшения фазового шума.

Подготовка к будущему развитию

Цифровые технологии, нашедшие применение в анализаторах сигналов серии X, дают еще одно полезное преимущество: возможность будущих обновлений. Изначально можно выбрать уровень характеристик и набор опций в соответствии со своими текущими потребностями, такими как диапазон частот, фазовый шум и уровень собственных шумов. А по мере изменения потребностей можно легко добавлять новые возможности или расширять уже имеющиеся. Такая гибкость становится важным атрибутом всех приборов, выбранных радиоинженером.