矢量信号分析仪原理（一）

矢量信号分析仪是常用的进行雷达和无线通讯信号分析的仪器。

模拟扫描调谐式频谱分析仪使用超外差技术覆盖广泛的频率范围 ; 从音频、微波直到毫米波频率。快速傅立叶变换 (FFT) 分析仪使用数字信号处理(DSP) 提供高分辨率的频谱和网络分析。如今宽带的矢量调制 ( 又称为复调制或数字调制 ) 的时变信号从 FFT 分析和其他 DSP 技术上受益匪浅。VSA 提供快速高分辨率的频谱测量、解调以及高级时域分析功能，特别适用于表征复杂信号，如通信、视频、广播、雷达和软件无线电应用中的脉冲、瞬时或调制信号。

图 1 显示了一个简化的 VSA 方框图。VSA 采用了与传统扫描分析截然不同的测量方法 ; 融入 FFT 和数字信号处理算法的数字中频部分替代了模拟中频部分。传统的扫描调谐式频谱分析是一个模拟系统 ; 而 VSA 基本上是一个使用数字数据和数学算法来进行数据分析的数字系统。VSA 软件可以接收并分析来自许多测量前端的数字化数据，使您的故障诊断可以贯穿整个系统框图。

图 1. 矢量信号分析过程要求输入信号是一个被数字化的模拟信号，然后使用 DSP 技术处理并提供数据输出 ; FFT 算法计算出频域结果，解调算法计算出调制和码域结果。

VSA 的一个重要特性是它能够测量和处理复数数据，即幅度和相位信息。实际上，它之所以被称为“矢量信号分析”正是因为它采集复数输入数据，分析复数数据，并输出包含幅度和相位信息的复数数据结果。矢量调制分析执行测量接收机的基本功能。在下一篇“矢量调制分析基础”中，您将了解到矢量调制与检波的概念。

在使用适当前端的情况下，VSA 可以覆盖射频和微波频段，并能提供额外的调制域分析能力。这些改进可以通过数字技术来实现，例如模拟 - 数字转换，以及包含数字中频 (IF) 技术和快速傅立叶变换 (FFT) 分析的 DSP。

因为要分析的信号变得越来越复杂，最新一代的信号分析仪已经过渡到数字架构，并且往往具有许多矢量信号分析和调制分析的能力。有些分析仪在对信号进行放大，或进行一次或多次下变频之后，就在仪器的输入端数字化信号。在大部分现代分析仪中，相位连同幅度信息都被保留以进行真正的矢量测量。另一方面，其它的前端如示波器和逻辑分析仪等对整个信号进行数字化，同时也保留了相位和幅度信息。VSA 无论作为合成的测量前端的一部分，还是单独在内部运行或在与前端相连的计算机上运行的软件，它的分析能力都依赖于前端的处理能力，无论前端是综合测量专用软件，还是矢量分析测量动态信号并产生复数数据结果。

VSA 相比模拟扫描调谐分析有着独特的优势。一个主要的优势是它能够更好地测量动态信号。动态信号通常分为两大类 : 时变信号或复数调制信号。时变信号是指在单次测量扫描过程中，被测特性发生变化的信号 ( 例如突发、门限、脉冲或瞬时信号 )。复数调制信号不能用简单的 AM、FM 或 PM 调制单独描述，包含了数字通信中大多数调制方案，例如正交幅度调制 (QAM)。

图 2. 扫描调谐分析显示了一个窄带 IF 滤波器对输入信号的瞬时响应。矢量分析使用 FFT 将大量时域采样转换到频域频谱。

传统的扫描频谱分析实际上是让一个窄带滤波器扫过一系列频率，按顺序每次测量一个频率。对于稳定或重复信号，这种扫描输入的方法是可行的，然而对扫描期间发生变化的信号，扫描结果就不能精确地代表信号了。

还有，这种技术只能提供标量 ( 仅有幅度 ) 信息，不过有些信号特征可以通过进一步分析频谱测量结果推导得出。