平滑处理

         在频谱仪中有几种不同的方法来平滑包络检波器输出幅度的变化。第一种方法是前面已经讨论过的平均检波，还有两种方法：视频滤波和轨迹平均。下面将对它们进行介绍。

视频滤波

         要识别靠近噪声的信号并不只是EMC测量遇到的问题。如图2-27所示，频谱仪的显示是被测信号加上它自身的内部噪声。为了减小噪声对显示信号幅度的影响，我们常常对显示进行平滑或平均，如图2-28所示。频谱仪所包含的可变视频滤波器就是用作此目的。它是一个低通滤波器，位于包络检波器之后，并且决定了视频信号的带宽，该视频信号稍后将被数字化以生成幅度数据。此视频滤波器的截止频率可以减小到小于已选定的分辨率（IF）滤波器的带宽。这时候视频系统将无法再跟随经过中频链的信号包络的快速变化，结果就是对被显示信号的平均或平滑。

         这种效果在测量噪声时最为明显，尤其是选用高分辨率带宽的时候。当减小视频带宽，那么噪声峰峰值的波动变化也随之减小。如图2-29所示，减小的程度（平均或平滑的程度）随视频带宽和分辨率带宽的比值而变。当比值小于或等于0.01时，平滑效果较好，而比值增大时，平滑效果则不太理想。视频滤波器不会对已经平滑的信号轨迹（例如显示的正弦信号已可以很好地与噪声区分）有任何影响。

         如果将频谱仪设置为正峰值检波模式，可以注意到以下两点：首先，如果VBW>RBW，则改变分辨率带宽对噪声的峰峰值起伏影响不大。其次，如果VBW<RBW，则改变视频带宽似乎会影响噪声电平。噪声起伏变化不大是因为频谱仪当前只显示了噪声的峰值。不过，噪声电平表现出随着视频带宽而变是由于平均（平滑）处理的变化，因而使被平滑的噪声包络的峰值改变，如图2-30a。选择平均检波模式，平均噪声电平并不改变，如图2-30b。

         由于视频滤波器有自己的响应时间，因此当视频带宽VBW小于分辨率带宽RBW时，扫描时间的改变近似与视频带宽的变化成反比，扫描时间通过以下式子来描述：ST = k(Span)/[(RBW)(VBW)]

轨迹平均

         数字显示提供了另一种平滑显示的选择：轨迹平均。这是与使用平均检波器完全不同的处理过程。它通过逐点的两次或多次扫描来实现平均，每一个显示点的新数值由当前值与前一个平均值再求平均得到：

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         因此，经过若干扫描后显示会渐渐趋于一个平均值。通过设置发生平均的扫描次数，可以像视频滤波那样选择平均或平滑的程度。图2-31显示了不同扫描次数下获得的轨迹平均效果。尽管轨迹平均不影响扫描时间，但因为多次扫描需要一定的时间，因此要达得期望的平均效果所用的时间与采用视频滤波方式所用的时间大致相同。

         在大多数场合里无论选择哪种显示平滑方式都一样。如果被测信号是噪声或非常接近噪声的低电平正弦信号，则不管使用视频滤波还是轨迹平均都会得到相同的效果。不过，两者之间仍有一个明显的区别。视频滤波是对信号实时地进行平均，即随着扫描的进行我们看到的是屏幕上每个显示点的充分平均或平滑效果。每个点只做一次平均处理，在每次扫描上的处理时间约为1/VBW。而轨迹平均需要进行多次扫描来实现显示信号的充分平均，且每个点上的平均处理发生在多次扫描所需的整个时间周期内。

         所以对于某些信号来说，采用不同的平滑方式会得到截然不同的效果。比如对一个频谱随时间变化的信号采用视频平均时，每次扫描都会得到不同的平均结果。但是如果选择轨迹平均，所得到的结果将更接近于真实的平均值，见图2-32a和b。

时间门

         带有时间门的频谱分析仪可以获得频域上占据相同部分而时域上彼此分离的信号的频谱信息。通过利用外部触发信号调整这些信号间的间隔，可以实现如下功能：

•          测量在时域上彼此分离的多个信号中的任意一个；例如，你可以分离出两个时分而频率相同的无线信号频谱

•          测量TDMA系统中某个时隙的信号频谱

•          排除干扰信号的频谱，比如去除只存在于一段时间的周期性脉冲边缘的瞬态过程

为什么需要时间门

         传统的频域频谱分析仪只能提供某些信号的有限信息。一些较难分析的信号类型包括：

•          射频脉冲

•          时间复用

•          时分多址（TDMA）

•          频谱交织或非连续

•          脉冲调制

         有些情况，时间门功能可以帮助你完成一些往常即便有可能进行但也非常困难的测量。例如图2-33a显示了一个简化的数字移动信号，其中包含无线信号#1和#2，它们占据同一频道而时间分用。每路信号发送一个1 ms的脉冲序列然后关闭而后另一路信号再发送1 ms。问题的关键是如何得到每个发射信号单独的频谱。

         令人遗憾的是传统的频谱分析仪并不能实现这一点。它只能显示两个信号的混合频谱，如图2-33b所示。而现代分析仪利用时间门功能以及一个外部触发信号，就能够观察到单独的无线信号#1（或#2）的频谱并确定其是否存在所显示的杂散信号，如图2-33c。

         有三种方法可以实现时间门功能。讨论它们前，有几个时间门的基本概念需要了解。它们是以下四项的设置：

•          外部提供的门触发信号

•          门控或触发模式（边缘触发还是电平触发）

•          门时延（gate delay）设置，它决定了触发信号开始后多久门会被激活并开始观察被测信号

•          门宽（gate length）设置，它决定了门开通并进行信号观察的时长

          调整这些参数可以让你观察到所需的某个时间段的信号频谱。如果刚好在感兴趣的时间段里仅有一个门控信号，那么就可以使用如图2-34所示的电平门信号。但是在许多情况下，门控信号的时间不会与我们要测量的频谱完全吻合。所以更灵活的方法是结合指定的门时延和门宽采用边缘触发模式来精确定义想测量信号的时间周期。

         考虑如图2-35所示的8个时隙的GSM信号。每个突发脉冲序列的长度为0.577 ms，整个帧长4.615 ms。我们可能只对某个指定时隙内的信号频谱感兴趣。本例中假设8个可用时隙中使用了两个，如图2-36。当在频域中观察此信号时，见图2-37，我们观察到频谱中存在多余的杂散信号。为了解决这个问题并找到干扰信号的来源，我们需要确定它出现在哪一个时隙里。如果要观察第2个时隙，我们可以将门的触发设置在第0个突发脉冲序列的上升沿并指定门时延为1.3 ms、门宽为0.3 ms，如图2-38所示。门时延确保了在整个突发脉冲序列持续期间我们只测量时隙2信号的频谱。注意一定要谨慎地选择门时延的值以避开突发脉冲序列的上升沿，因为需要在测量前留出一些时间等待RBW滤波信号稳定下来。同样，门宽的选择也要避开突发脉冲序列的下降沿。图2-39显示了时隙2信号的频谱，揭示出杂散信号并不是由此突发脉冲序列引起的。

         实现时间门的三种常见方法：

•          FFT门控

•          视频门控

•          扫描门控

FFT门控

         有些频谱分析仪具有内置的FFT功能。在此模式下，触发启用后经过所选时延频谱仪开始捕获数据进行FFT处理。中频信号经数字化后在1.83/RBW的时间周期内被采集。FFT的运算基于这个数据采集，得到信号的频谱。因此，该频谱存在于已知时间段的某个特定时间。当频谱仪扫宽比FFT最大宽度窄时，这是速度最快的门控技术。

         为了获得尽可能大的频率分辨率，应选择频谱仪可用的最小的RBW（它的捕获时间与待测时间周期相适应）。但实际中并非总需如此，你可以选择一个较宽的RBW同时相应地减小门宽。在FFT门控应用中最小可用的RBW通常比其它门控技术的最小可用RBW更窄，因为在其它技术里中频必须在脉冲持续期内充分稳定，这需要比1.83/RBW更长的时间。

视频门控

         一些频谱仪采用了视频门控的信号分析技术。这种情况下，当门信号处于截止状态时视频电压被关闭或为“负无穷大”。检波器设置为峰值检波，扫描时间的设置必须保证门信号在每个显示点或信号收集单元内至少出现一次，从而确保峰值检波器能够获得相应时间间隔内的真实数据，否则会出现没有数据值的轨迹点，进而导致不完整的显示频谱。因此，最小扫描时间 = 显示点数N*突发脉冲的时间周期。例如，在GSM测量中，完整帧长为4.615 ms，假设频谱仪缺省显示点数为401，那么对于GSM视频门控测量的最小扫描时间是，401*4.615 ms = 1.85 s。有些TDMA格式的周期时间长达90 ms，导致如果使用门控视频技术需要长的扫描时间。

扫描门控

         扫描门控有时也称为LO门控，是最后一项时间门技术。在扫描门控模式下，我们通过控制由扫描发生器所产生的斜坡电压来扫描本振，如图2-41所示。像所有频谱仪一样，当门信号开启时，本振信号在频率上爬升。当门关闭后，扫描发生器的输出电压固定，本振在频率上停止上升。由于这种技术可以在每个突发脉冲信号持续期间内对多个信号收集单元进行测量，因此它的速度比视频门控快很多。我们同样以前一节视频门控中提到的GSM信号为例。用标准非门控模式的PSA频谱仪扫过1 MHz扫宽需要14.6 ms，如图2-42所示。如果门宽为0.3 ms时，频谱仪必须在49（14.6除以0.3）个门信号间隔时间内扫描；如果GSM信号的完整帧长为4.615 ms，那么总的测量时间就等于49个门信号间隔乘以4.615 ms等于226 ms。这与需要1.85 s来扫描401个数据点的视频门控相比在速度上有了很大的提高。

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