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)設計。它們的功能隨著數(shù)字技術的進步在增長，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)預測2018年至2023年頻譜分析儀市場復合年增長率為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?，F(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商們在技術趨勢、供應商挑戰(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?

供應商在信號頻譜分析儀領域看到了哪些技術和市場趨勢?

安立的Belleau：“半導體技術不斷發(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，這使得設備的寬帶分析很困難。”

鼎陽科技的北美應用營銷經(jīng)理Jason Chonko：“功能集成一直是一個增長趨勢。工程師和技術人員希望擁有靈活的工具，能快速地為他們的復雜問題提供答案。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。”

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

泰克的USB RF產(chǎn)品營銷經(jīng)理Dylan Stinson：“許多射頻應用都要求硬件和軟件能夠?qū)θ找娣泵Φ腞F頻譜進行更復雜的表征。例如，無人機系統(tǒng)識別技術的需求不斷增長，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，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設備的持續(xù)開發(fā)。如果測試測量設備無法進行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)需求所需的技術進步。”

鼎陽的Chonko： “繼續(xù)努力。新技術的發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)熱潮帶來的價格壓力導致了難以管控的RF大增長。由于沒有設定可供關注的協(xié)議，供應商不得不猜測需要支持哪些技術。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：“所有測試供應商都面臨著類似的挑戰(zhàn)，即向支持其測試預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)和學術環(huán)境在不斷地突破技術極限，但是預算有限，所以他們的需求通常與其在預算范圍內(nèi)可以選擇的市場密切相關。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

泰克的Stinson：“需要用于現(xiàn)場和測距應用的堅固耐用的便攜式系統(tǒng);頻道數(shù)量的增加對許多客戶來說至關重要;擁有可以在高帶寬下擴展實時RF數(shù)據(jù)記錄的記錄功能;先進的觸發(fā)器應允許實時頻譜分析儀檢測掃描調(diào)諧儀器的雜散、間歇或異常信號。”

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。這主要是由于設計中使用大量零件。手持設備在現(xiàn)場測量上非常有用，但由于設計挑戰(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)、培訓和應用支持方面，會有隱藏的費用。此外，PXI模塊的供應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，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鍵特性。

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，專門用于應對當今的各種其他無線技術設計的挑戰(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Teifecta-SSD COTS BTB，16TB、31TB PXIs SSD Raid模塊之一

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。”

應用

這些供應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mmWave 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)絡頻譜監(jiān)測節(jié)點，檢測商用無人機。”

RADX的Smith：“一個EW應用程序，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。”

*注：本文出處為Evaluation Engineering，如若轉(zhuǎn)載，請先獲得原出處批準。