8月特别报道：信号频谱分析仪

　　供应商告诉EE他们在信号和频谱分析仪领域所看到的内容，讨论技术趋势和挑战，客户要求的内容以及市场上的新解决方案。

　　——Mike Hockett 2019年8月7日

　　作为实验室和行业中电气测试最重要的仪器之一，信号频谱分析仪在许多应用场景中呈现多种用途：从通信、雷达到现场制造和行业设计。它们的功能随着数字技术的进步在增长，随着便携式手持信号/频谱分析仪采用率的提高，其需求将在未来十年内飙升。

　　

　　安立的Field Master Pro MS2090A RF频谱分析仪

　　各种近期的市场报告均显示了频谱分析仪的强劲增长。今年5月13日，市场研究未来（MarketResearchFuture）预测2018年至2023年频谱分析仪市场复合年增长率为8.2％，彼时其市值将达到17.58亿美元1。一天之后，研究和市场网站（ResearchAndMarkets.com）分享了一份报告，该报告估计2017年全球频谱分析仪市场价值为11.3亿美元，2026年将达到24.75亿美元，复合年增长率为9.1％2。相比之下，透明度市场研究（Transparency Market Research）在今年1月份的报告称，2017年频谱分析仪的全球市场价值为12.08亿美元，2026年将达到24.4亿美元，达到7.8％3。由此可以看出，虽然预测有所不同，但他们都认为频谱分析仪在未来几年将拥有一个强劲的增长市场。

　

　　安立的MS269xA信号分析仪

　　当被问及最近所看到的技术趋势时，安立的高级产品营销经理Philip Belleau在6月份告诉评估工程部门：“数据需求的指数增长似乎没有尽头。Sub 6 GHz频谱目前有些过度拥挤，还无法提供增加数据需求所需要的带宽。因此，mmWave被认为是唯一可行的解​​决方案，因为它拥有足够的可用频谱带宽。

　　“我们已经看到越来越多的市场正在向mmWave开放，比如汽车雷达，比如点对点无线电链路。”安立的产品营销经理Angus Robinson补充说，“矢量信号分析仪（VSA）正在向更宽的带宽迈进，尤其是支持5GNR测量。现在100 MHz的带宽很常见，高端台式仪器的400 MHz以上也是如此。实时信号分析（RTSA）开始为干扰搜寻提供常规的SPA/VSA选项。

　　为了更好地了解这些信号/频谱分析仪的发展动态，我们评估工程部门询问供应商们在技术趋势、供应商挑战和客户需求方面所看到的内容，以及他们最近提出并采用的最新解决方案。以下是他们告诉我们的。

　　什么趋势？

　　供应商在信号频谱分析仪领域看到了哪些技术和市场趋势？

　　安立的Belleau：“半导体技术不断发展至今，已经能够满足使用mmWave频谱所需的高效、经济的元件/系统的要求。mmWave的使用趋势满足了经济高效的mmWave测试设备的需求。新的同轴连接器已经被开发出来，但是很少有测试测量仪器能够工作在》 110 GHz的频率下，并且大多数是带状波导，这使得设备的宽带分析很困难。”

　　

　　鼎阳的SDS1202X-E是其SDS100X-E系列超级荧光示波器中的一种，它最近获得了增强其1Mpt FFT功能的固件版本

　　鼎阳科技的北美应用营销经理Jason Chonko：“功能集成一直是一个增长趋势。工程师和技术人员希望拥有灵活的工具，能快速地为他们的复杂问题提供答案。这一趋势包括用于测试RF组件的VNA功能，电缆故障定位和调制分析集成到台式平台中。凭借这种灵活性，技术人员和工程师可以处理未知情况，并更加相信该工具将是完成工作所需的唯一工具。”

　　泰克的USB RF产品营销经理Dylan STInson：“许多射频应用都要求硬件和软件能够对日益繁忙的RF频谱进行更复杂的表征。例如，无人机系统识别技术的需求不断增长，迫使政府、军方和其他客户用普通商用发射器（如Wi-Fi）在相同的频段内找到无人机信号。”

　　罗德施瓦茨的频谱分析产品经理Laura Sanchez和Johan Nilsson：“对更高测量频率和更宽带宽的需求日益增加是因为新兴技术，如5G NR、新空间和汽车雷达，我们也看到了卫星测试方式的重大变化。借助数字有效载荷系统，客户正在寻找具有调制信号的信号发生器和基于分析器的解决方案，但是基于VNA的解决方案在过去更为常见。”

　　RADX的联合创始人兼首席执行官Ross Smith：“在一个或多个通道上需要具有高性能RTSA的多通道同步RF记录器。RTSA支持14，18，26.5，44和50 GHz的频率范围，带宽高达250，500和1，000 MHz RTBW。RTS的要求，包括极低的100％POI和非常精细的RBW。”

　　挑战

　　供应商和其合作伙伴在信号和频谱分析仪中面临哪些主要挑战？

　　安立的Belleau：“随着mmWave的使用趋势，当今测试测量供应商面临的挑战是开发具有成本效益的解决方案，从而实现这些mmWave设备的持续开发。如果测试测量设备无法进行mmWave测量，或无法达到大多数典型仪器所能达到的价格，mmWave设备的开发将受到严重阻碍，这将推迟指数数据需求所需的技术进步。”

　　鼎阳的Chonko： “继续努力。新技术的发展和物联网热潮带来的价格压力导致了难以管控的RF大增长。由于没有设定可供关注的协议，供应商不得不猜测需要支持哪些技术。这并不是前所未有的情况，但它让事情变得有趣。”

　　安立的Robinson：“（1）在具有可快速学习的用户界面的仪器中提供了高级功能集；（2）用于干扰搜索，无线测量，通用IQ分析和生产测试的市场的分段；（3）增加了新5GNR频段的mmWave频率覆盖范围。”

　　

　　罗德施瓦茨的R&S FSVA3000信号频谱分析仪

　　罗德施瓦茨的Sanchez和Nilsson：“对更好连接的需求不断增加；终端用户需要更高的数据速率、更小的延迟和更大的容量。随着频谱越来越拥挤，mmWave频段需要越来越高的频率。例如，汽车雷达从24 GHz变为79 GHz频段，并且有可能在不久的将来探索到更高的频率。”

　　泰克的STInson：“所有测试供应商都面临着类似的挑战，即向支持其测试预算价格的客户展示下一代的测试功能——更高的带宽，更清晰的软件，更先进的触发器等。”

　　RADX的Smith： “对于我们来说，它正在满足我们客户的最高频率要求，因为我们的基础模块COTS将频率限制在44到50 GHz。”

　　客户诉求？

　　客户在信号和频谱分析仪中要求的功能或创新是什么？

　　安立的Belleau：“这个问题有多种答案，它在很大程度上取决于客户试图开发和测试的内容。研发和学术环境在不断地突破技术极限，但是预算有限，所以他们的需求通常与其在预算范围内可以选择的市场密切相关。因此，具有成本效益的mmWave测量产品能使这些客户在开拓进取的同时克服新的障碍。生产环境通常要求仪器功能少，成本低，外形尺寸最小，功耗低， *** 作简单。通用环境通常倾向于生产多种功能——可以支持各种测量功能的仪器，如频谱和信号分析（IQ解调等）。”

　　

　　泰克的RSAS126B实施频谱分析仪

　　罗德施瓦茨的Sanchez和Nilsson，Rohde＆Schwarz：“通常需要能够达到GHz范围的更宽的分析带宽，尤其是在雷达和卫星应用中。在表征航空航天工业中的部件或系统时，灵活地处理任何类型的刺激信号是一个很好的范例。过去仅使用CW信号进行测试的客户现在也使用着数字调制信号，例如测量误差矢量幅度等。客户对自动化测量的功能需求一如既往的高。”

　　RADX的Smith：“拥有内置RF记录功能，能够不需要外部记录器；RTSA具有更多解调和分析功能，能够放大区域以寻找小振幅、频率捷变信号。”

　　鼎阳的Chonko：“许多客户对可以现场使用并追踪干扰的便携式和手持式分析仪感兴趣。”

　　安立的Robinson：“5G NR测量，IQ捕获，无线覆盖映射和干扰搜寻工具。”

　　配置的优缺点

　　频谱和信号分析仪有多种配置，比如传统的台式仪器、带显​​示屏的手持式仪器、USB仪器和PXI模块。供应商认为每种产品的优缺点是什么？

　　安立的Belleau：“尤其是使用USB设备的趋势仍然存在。因为不需要内部微处理器、内存、显示器等，它们具有成本效益优势。USB仪器通常非常便携，许多可直接连接到被测设备，从而消除了由电缆等引起的错误。PXI模块和PXI模块的变体也提供了一些优势，尤其是在多端口、同步测量情况下的需要。它们通常需要一个主机机箱，使其从一个位置移动到另一个位置有些困难。由于PXI模块本身的物理形状因素，通常需要进行性能权衡以使产品符合其约束条件。传统的台式仪器正逐渐被这些更现代的USB和PXI等效产品所取代，即便台式分析仪对于绝对最高的性能要求仍然是必需的，并且将持续到基于USB和PXI的仪器能够完全匹敌台式仪器性能的时候。”

　　鼎阳的Chonko：“台式仪器通常可为投资提供最佳性能。这主要是由于设计中使用大量零件。手持设备在现场测量上非常有用，但由于设计挑战和电池供电 *** 作所需的更多特定组件，它们通常成本更高且性能不足。借助便携的外形，USB仪器能提供相对于台式仪器更低的成本和更高性能，但它们需要计算机、软件和超快速USB连接才能实现全部性能。PXI仪器和其他模块化产品与台式仪器非常相似，但它们没有显示器以及“独立” *** 作的能力，需要昂贵的主机和控制计算机。它们非常适合制造业和长期研发测试中的固定安装测试。”

　　罗德施瓦茨的Sanchez和Nilsson：“虽然模块化架构最初可能看起来具有成本效益，但在额外的软件开发、培训和应用支持方面，会有隐藏的费用。此外，PXI模块的供应商并不总能提供彻底规范的产品。大多数客户更喜欢台式仪器：它们更易于配置，客户可以立即开始进行测量，并且可以通过GPIB或LAN轻松完成测量系统的集成。”

　　安立的Robinson：“随着客户在现场进行网络安装和优化（干扰和PIM搜索）的测量，手持式仪器的需求越来越大。生产环境需要高速测试，这推动了在平台外进行信号处理的新一代分析仪配置的发展。”

　　多功能与专用仪器

　　如今，数字示波器可以执行快速傅里叶变换（FFT），许多都有专用的频谱分析通道。使用示波器和其他多功能仪器的频谱分析功能，与专用信号和频谱分析仪相比有哪些优缺点？

　　安立的Belleau：“数字示波器基本上是测量时域中的信号，这限制了它们的高频测量能力，因为更高频率的测量需要更高的直接测量带宽和更高带宽的模数转换器（ADC）。ADC随着带宽的增加，位数（ADC分辨率）通常会降低，因此动态范围会缩小。更高的直接测量BW也与更高的噪声密切相关，这同样限制了动态范围。更高带宽的示波器也更加昂贵。此外，在宽带较宽的信号上进行FFT需要较高的处理能力，因此FFT频谱的更新通常比专用信号和频谱分析仪的速度慢。”

　　鼎阳的Chonko：“示波器上的集成FFT /频谱分析仪功能肯定会增加其实用性。在EMI分析、调制信号分析和跟踪谐波信号内容时，只需访问频域数据即可。遗憾的是，示波器前端不那么敏感，它们也没有提供与独立频谱分析仪相同的动态测量范围。滤波器表征、VSWR和完全电磁兼容性故障排除需要基于传统频谱分析仪设计的大动态测量范围。”

　　罗德施瓦茨的Sanchez和Nilsson：“这两种产品针对于不同的市场，但是如果我们尝试在频谱测量方面进行比较，会发现信号分析仪的明显优势在于其更大的动态范围，从而可以以最佳的EVM性能测量数字信号调制精度。频谱分析仪在光谱纯度和灵敏度方面通常也优于示波器，这对于相位噪声和噪声系数测试等基本测量尤为重要。示波器的优势在于其较宽的的分析带宽和相干的多通道能力。”

　　RADX的Smith：“数字存储示波器非常适合标准频谱分析仪应用，但对RTSA而言并非如此。我们认为数字存储示波器是一种“便利”频谱分析仪，就像瑞士军刀上的螺丝刀一样。瑞士军刀很好拿，但如果你需要建立一个围栏，你可能需要一个真正的螺丝刀（或一个牧田）。”

　　今天的市场

　　以下是供应商告诉我们的他们最近推出的信号和频谱分析仪解决方案，以及这些解决方案的一些关键特性。

　　

　　ADX的Teifecta-SSD COTS BTB，16TB、31TB PXIs SSD Raid模块之一

　　安立的Robinson：“今年2月，我们推出了Field Master Pro MS2090A射频频谱分析仪。MS2090A具有过去从未在紧凑型手持式仪器中提供的性能。它具有9 kHz到54 GHz的连续频率覆盖范围，专门用于应对当今的各种其他无线技术设计的挑战，包括5G、无线回程、航空航天/国防、卫星系统和雷达。Field Master Pro MS2090A可在手持式触摸屏频谱分析仪中提供最高水平的RF性能。”

　　RADX的Smith：“我们最近推出了Trifecta PXIe SSD RAID模块，使基于PXIe的频谱分析仪和RF记录器能够在基于PXIe机箱的系统中存储高达128 TB的宽带数据。Trifecta大大降低了高性能SSD RAID存储的成本，并且在多数情况下无需记录外部RF。我们也正在推出两款新产品：LGT12xx，这款产品拥有1、2、4、8或16个通道，6 GHz带宽，精密同步，RF记录和回放系统，支持高达1 GHz MHz的RTBW和记录/回放带宽；LGT13xx，它将RF上下转换添加到LGT12xx，扩展高频范围到18 GHz。”

　　鼎阳的Chonko：“最近发布了针对我们广受欢迎的4通道SDS1X-E示波器系列的新固件版本，它增强了示波器平台的1 Mpt FFT功能，使其更接近于频谱分析仪，测量AM信号的调制指数是一个很好的应用示例。鼎阳SSA3X系列频谱分析仪对标记表中的新频率/幅度搜索功能进行了更新，提供了更高的灵活性和新的偏移功能。”

　　泰克的STInson：“近期的泰克：（1）升级了旗舰产品RSA7100实时频谱分析仪，响应Mil/Aero客户的反馈，配备了符合时间要求的触发器，改善记录和回放应用的IQ数据控制和吞吐量；（2）为我们的性能DPO70000SX系列示波器推出优化分析软件802.11ay，具有EVM性能，支持下一代无线标准产品的开发；（3）扩展了流行的RSA500系列：先进的、坚固耐用的便携式频谱分析仪，具有18 GHz和13 GHz现场便携式型号。”

　　

　　泰克的新一代FieldFox手持式微波分析仪

　　罗德施瓦茨的Sanchez和Nilsson：“我们最近推出了两个专门用于5G NR测试的新产品线。R＆S FSVA3000信号频谱分析仪性能高，价格适中，可用于在实验室中测试BS。R＆S FSV3000是市场上用于5G生产测试的最快仪器。我们还推出了新的R＆S FSW型号，它通过提供更宽的解调带宽和动态范围以及市场上最佳的相位噪声性能，在竞争中脱颖而出。”

　　是德技术公司FieldFox产品营销部门Cherisa Kmetovicz：“我们正在推出新的一系列未来分析仪，以满足5G、卫星通信、信号监测和电子战应用不断增长的需求。新一代FieldFox手持式微波分析仪提供六种组合型号（N991xB）和六种信号分析仪型号（N993xB），频率范围为4到26.5GHz。”

　　应用

　　这些供应商的信号频谱分析仪解决方案最近使用了哪些新颖和独特的应用？

　　安立的Belleau：“基于USB的Spectrum Master MS2760A超便携式频谱分析仪已投入应用：直接以mmWave频率在晶圆探针尖端上进行光谱测量，在晶圆上测试DUT。MS2760A拥有独特的小巧外形和较轻的重量，可以利用商用无人机进行室外m​​mWave 3D天线方向图测量。在腔室中mmWave的天线图案测量更容易进行，因为该器件可以直接安装到DUT，它还被用于77/79 GHz的汽车雷达生产测试。”

　　鼎阳的Chonko：“一个更有趣的应用是照明镇流器引起的电磁干扰。业余无线电广播公司（HAM）对拥有干净的通信渠道非常感兴趣，他们对照明镇流器和“劣质”设计发出的EMI也非常敏感。室内园艺的增长增加了这种类型灯的体积，由此也增加了对HAM的挫败感，他们中的许多人都在寻找其EMI问题的根源，发现这可能是由于室内花园。”

　　泰克的STInson：“频谱分析仪客户将泰克的 RSA518A用于更丰富的现场解决方案，小巧的系统、坚固的外形和18 GHz实时频谱分析功能增加了其价值。这些应用的例子包括对在机场和船上的船只进行辐射危险试验，远程、网络频谱监测节点，检测商用无人机。”

　　RADX的Smith：“一个EW应用程序，使客户能检测持续时间非常短的间歇信号，使用我们LGT1410独立的捕获和分析频段，能将信号“带出”噪声层并捕获它以进行更深入的分析。”

　　参考文献

　　1. 市场研究未来。 《频谱分析仪市场研究报告——全球预测至2023年》。 2019年5月。

　　.https：//www.marketresearchfuture.com/reports/spectrum-analyzer-market-7403

　　2. ResearchAndMarkets.com. 《全球频谱分析仪市场展望（2017-2026）》。 2019年5月。

　　https://www.researchandmarkets.com/reports/4757834/spectrum-analyzer-global-market-outlook-2017

　　3. 透明度市场研究。 《频谱分析仪市场——全球行业分析、规模、份额、增长、趋势和预测2018 - 2026年》。 2019年1月。

　　https://www.transparencymarketresearch.com/spectrum-analyzer-market.html