RF矢量信號(hào)分析儀：對(duì)微波測(cè)量的不佳性能說“不”

高達(dá)14 千兆赫頻率 RF信號(hào)分析儀具有業(yè)界領(lǐng)先的性能，但它不僅產(chǎn)量少，而且體積笨重、價(jià)格昂貴、運(yùn)行緩慢。不同的是，NI PXIe - 5665高性能RF不但提供了從20 赫茲到14 千兆赫的頻率范圍，同時(shí)還具有高性能和速度快的優(yōu)勢(shì)。該儀器具有平均-165 dBm / Hz的本底噪聲，800兆赫音(頻偏為10 kHz)時(shí)129 dBc / Hz的相位噪聲，以及0.1 dB絕對(duì)幅度精度的性能，這使它成為業(yè)界最高性能分析器之一。NI PXIe - 5665是半導(dǎo)體和移動(dòng)電話的測(cè)試應(yīng)用的理想選擇，不僅可以在較低的頻率調(diào)制測(cè)量，而且還可以測(cè)試高達(dá)至14 GHz第三和第四諧波。此外，NI PXIe – 5665還能測(cè)試C，X和Ku波段 ，這些波段可以應(yīng)用于雷達(dá)、衛(wèi)星和無線電通訊領(lǐng)域。

圖1. NI PXIe-5665是一款模塊化RF矢量信號(hào)分析儀，包括數(shù)字化儀,下變頻器以及合成器。

低頻帶與高頻帶架構(gòu)

NI PXIe-5665是一款模塊化RF矢量信號(hào)分析儀，包括NI PXIe-5622數(shù)字化儀, NI PXIe-5605寬帶RF下變頻器模塊，以及NI PXIe-5653合成器。 NI PXIe-5665能在兩個(gè)獨(dú)立的頻段中進(jìn)行操作，頻段至多可相差14GHz。 低于3.6 GHz的頻率屬于低頻帶，在3.6 GHz至14 GHz之間的頻率屬于高頻帶。在儀器的總頻率范圍內(nèi)，NI PXIe 5665的雙帶架構(gòu)提供了更大的圖像干擾和動(dòng)態(tài)范圍。

低頻帶的特征是三級(jí)超外差式下變頻架構(gòu)。 NI PXIe-5605將RF信號(hào)上變頻至較高的中頻(IF)，然后下變頻至可數(shù)字化處理的頻率。 三級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為RF輸入信號(hào)的圖像干擾提供了明確的顯示信號(hào)。 在高頻帶信號(hào)路徑中，NI PXIe-5605屬于二級(jí)下變頻器。 在此頻帶中唯一的衰減來自機(jī)械步長衰減器，它能在5 dB步長中提供75 dB的衰減變量。 可選預(yù)選器(YIG-tuned filter)用于過濾不需要的圖像，并被放置在信號(hào)鏈的第一混合器前。 在IF這級(jí)中，我們可以用1dB步長調(diào)整IF增益，優(yōu)化數(shù)字化儀的功率水平。應(yīng)用“將較大的IF增益應(yīng)用到較小的音調(diào)上”這個(gè)功能有效測(cè)量多音調(diào)信號(hào)，從而防止較大的音調(diào)對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換器分辨率的控制。 IF最后一級(jí)擁有交換式濾波器組，能夠進(jìn)一步優(yōu)化三階截點(diǎn)(IP3)，進(jìn)行(例如相鄰信道功率比等)更高級(jí)測(cè)量。

測(cè)量精度的低相位噪聲

NI PXIe-5665在800 MHz音調(diào)的10 kHz頻偏下，具有超低的129 dBc/Hz相位噪聲。 NI PXIe-5653合成器擁有3個(gè)低相位噪聲本地振蕩器(LOs)，能夠?qū)崿F(xiàn)超低相位噪聲。 相位噪聲是RF信號(hào)分析儀最重要的指標(biāo)之一。 舉例來說，NI PXIe-5665可在256-QAM調(diào)制信號(hào)上測(cè)量到低達(dá)0.33%的誤差矢量幅度。 當(dāng)前置放大器開啟時(shí)，NI PXIe-5665的平均相位噪聲為-165 dBm/Hz。 低噪聲本底可以用于測(cè)量其他信號(hào)分析儀很難測(cè)量到的微弱信號(hào)。 具有高頻率范圍與低噪聲本底雙重特點(diǎn)的NI PXIe-5665成為毛刺測(cè)試和諧波測(cè)試的理想選擇。在模塊上能夠使用50MHz實(shí)時(shí)帶寬測(cè)量作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，例如3GPP LTE中的20MHz版本。

圖2. 即使在12至14GHz范圍內(nèi)，NI PXIe-5665也具有-142 dBm/Hz的平均噪聲本底和±0.25 dB的幅度精度，是測(cè)試和檢測(cè)高頻率小信號(hào)的理想選擇。

校準(zhǔn)音調(diào)和YIG-Tuned濾波器的使用

NI PXIe-5665具有板載高精度校準(zhǔn)音調(diào)功能。 通過比較存儲(chǔ)設(shè)備EEPROM中的音調(diào)值和近期的測(cè)量值，校準(zhǔn)音調(diào)能夠準(zhǔn)確修正接收器的丟失。 NI PXIe-5605同時(shí)提供了帶通預(yù)選器(YIG-tuned濾波器)，在將大于3.6 GHz的信號(hào)下變頻時(shí)，可選擇性地包含RF 輸入信號(hào)路徑。

進(jìn)行一般測(cè)量時(shí)，預(yù)選器能夠抑制可能干擾或降低測(cè)量準(zhǔn)確率的信號(hào)。 由電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)控制著預(yù)選器的中心頻率。 考慮到非線性和熱特性可能會(huì)導(dǎo)致預(yù)選器的中心頻率變發(fā)生改變，NI-RFSA驅(qū)動(dòng)采用預(yù)選器調(diào)節(jié)曲線，它作為設(shè)備自行校準(zhǔn)進(jìn)程的一部分并使用內(nèi)部生成的校準(zhǔn)信號(hào)和算法。 在波譜監(jiān)測(cè)和電磁兼容應(yīng)用中采用NI PXIe-5665和預(yù)選器，可甄選不需要的圖像。

使用RF表模式進(jìn)行諧波測(cè)試

諧波、毛刺的測(cè)試測(cè)量通常用于描述功率放大器和其他射頻集成電路(RFICs)特征。NI PXIe-5665可以很好地用于這些測(cè)試測(cè)量。即使在12至14GHz范圍內(nèi)，NI PXIe-5665也具有-142 dBm/Hz的平均噪聲本底和±0.25 dB的幅度精度，使得高頻率小信號(hào)的測(cè)試和測(cè)量結(jié)果更為理想。

在NI PXIe-5665上采用RF表模式可在頻率間快速切換，大大減少掃頻時(shí)間。 RF表模式可在其他參數(shù)中預(yù)定義頻率或參考水平列表，并被轉(zhuǎn)換成微代碼，省去了從儀器到PC的時(shí)間密集型軟件的調(diào)用，反之亦然。

NI FlexRIO的頻譜監(jiān)控

NI PXIe-5665分析儀與NI FlexRIO模塊連接，插入PXI機(jī)箱中。通過對(duì)等網(wǎng)絡(luò)傳輸(peer-to-peer streaming)，可在PXI背板上實(shí)時(shí)地將數(shù)據(jù)寫入NI FlexRIO模塊上的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列中(FPGA)，還可以使用NI LabVIEW FPGA模塊,對(duì)NI FlexRIO模塊上的板載FPGA進(jìn)行編程，其在數(shù)據(jù)處理上具有納秒級(jí)的決策能力。NI PXIe-5665具有實(shí)時(shí)處理功能，可以作為實(shí)時(shí)頻譜分析儀使用。在整個(gè)帶寬內(nèi)，NI PXIe-5665將其采集的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)流方式傳遞至NI FlexRIO進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。此外，還可以將觸發(fā)器從基于實(shí)時(shí)處理的NI FlexRIO模塊發(fā)送到PXI機(jī)箱中的其他儀器中。儀器與NI FlexRIO的組合可以搭建一個(gè)解決高度復(fù)雜測(cè)試問題的系統(tǒng)，而這些問題傳統(tǒng)盒裝儀器是解決不了的。