無(wú)線(xiàn)射頻接收機是一個(gè)監測系統，它負責從天線(xiàn)上接收射頻能量，然后把信號頻率降到數字化儀可接收的范圍內進(jìn)行采集，隨后就可以對信號進(jìn)行諸如掃頻、頻譜分析、功率計算、調制和解調參數分析的操作。一個(gè)無(wú)線(xiàn)監測接收系統的主要指標應該包括：動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度、本底噪聲*、解調模式等。后面會(huì )詳細介紹NI RF產(chǎn)品的上述指標。 

    NI射頻架構綜述 

　　NI的射頻架構基于虛擬儀器技術(shù)的概念，它包括：高性能的模塊化硬件（射頻信號分析儀PXI 5660、射頻信號發(fā)生器PXI 5670）以及高靈活性的軟件架構（LabVIEW、頻譜分析工具包、信號調制解調工具包）（見(jiàn)圖1）。由于PXI平臺是基于PC技術(shù)的，用戶(hù)完全可以利用PC技術(shù)的高速發(fā)展，例如高速的CPU、大容量的內存、高分辨率的顯示器等等。除此之外，PXI平臺還增加了專(zhuān)為測試測量應用定制的定時(shí)和觸發(fā)總線(xiàn)，并具備堅固性、低功耗、電磁兼容性等特性。PC技術(shù)允許用戶(hù)使用通用的操作系統和靈活的軟件架構。您可以使用LabVIEW圖形化編程環(huán)境和調制解調工具包等附加工具包來(lái)開(kāi)發(fā)不同的應用程序。 

　　為了滿(mǎn)足日益變化的測試需求，這個(gè)架構是最適合的。

                                             圖1 NI的射頻架構 

    PXI 5660的架構 

　　PXI 5660 是一個(gè)基于PXI技術(shù)標準的射頻信號分析儀。它具有模塊化儀器的架構，其中包括一個(gè)寬帶射頻的下變頻器、一個(gè)高純度的中頻數字化儀和進(jìn)行頻譜測量和調制解調的軟件工具包。 

采集一個(gè)射頻信號包括兩個(gè)步驟：下變頻和數字化。 

　　下變頻模塊PXI 5600擁有20MHz的實(shí)時(shí)帶寬，可以把信號頻率下變頻到以15MHz為中心頻率，范圍在5～25MHz之間。 

　　數字化儀模塊PXI 5620擁有一個(gè)高速的ADC和板上的硬件處理能力。它由一個(gè)14位的64 MS/s的 ADC和一個(gè)數字下變頻集成電路組成。這個(gè)數字下變頻芯片可以進(jìn)行實(shí)時(shí)批處理，并將任何20MHz帶寬的信號降頻到基帶信號，這對于捕捉無(wú)線(xiàn)通訊的信號來(lái)說(shuō)是非常理想的。同時(shí)，下變頻集成電路也可以從頻譜中產(chǎn)生復雜的I/Q數據。數字化儀模塊包括了專(zhuān)為數據傳輸設計的具有NI專(zhuān)利的高速MiniMITE 集成電路。MiniMITE通過(guò)DMA方式將數據直接傳輸到主機的內存上，從而釋放主機CPU以進(jìn)行數據的分析、顯示和通訊任務(wù)（見(jiàn)圖2）。

                                          圖2 PXI-5660 硬件架構 

　　下變頻模塊首先對任何一個(gè)3GHz范圍內的信號進(jìn)行用戶(hù)可選擇的衰減，然后進(jìn)入升頻階段。得到的信號再經(jīng)過(guò)一個(gè)諧振濾波器，這是為了在信號進(jìn)入多級的降頻模塊前濾去鏡像抑制。經(jīng)過(guò)降頻的信號以5MHz～25 MHz的中頻信號輸出。下變換器使用一個(gè)高穩定度、高精度的恒溫晶體振蕩器來(lái)驅動(dòng)其它的系統時(shí)鐘并提供±50 ppb 的頻率精度。 

　　為了能夠用在PXI中，NI使用了一個(gè)微型高性能的、基于YIG的晶體振蕩器為高頻的升頻階段產(chǎn)生本振信號。YIG晶體振蕩器可以產(chǎn)生非常純的高頻信號。YIG代表了釔鐵石榴石材料，它是組成晶體振蕩器中諧振腔的基礎。雖然YIG晶體振蕩器在尺寸上可以改變，但往往還是占很大面積，而NI 5600在這個(gè)領(lǐng)域使用了突破性的技術(shù)，設計使用了非常小的YIG晶體振蕩器。YIG的頻率帶寬也是可調的，允許用戶(hù)調節到他們想要的頻率范圍內去（見(jiàn)圖4）。 

　　PXI 5660精妙的頻率調節和多級的架構保證了其寄生響應（spurious response）遠低于傳統儀器的動(dòng)態(tài)范圍。 

    NI RF解決方案的優(yōu)勢 

    頻譜分析儀 Vs 矢量信號分析儀 

　　NI定義的RF解決方案是一個(gè)軟件定義的系統，它是根據用戶(hù)的要求通過(guò)軟件來(lái)定制測量硬件的功能。因此，NI 5660就是我們熟知的軟件無(wú)線(xiàn)電平臺。它既可以作為一個(gè)高性能無(wú)線(xiàn)接收器（正如用于射頻監測的儀器），也可以作為一個(gè)矢量信號分析儀（如用于射頻信號測量應用的儀器）。 

　　傳統的頻譜分析儀使用一種叫做“掃頻調諧”的方法。RF前端有一個(gè)混頻器，把RF輸入和一個(gè)頻率十分接近所需RF頻率的可調振蕩器進(jìn)行混頻?；祛l器是一個(gè)模擬乘法器，在輸出端產(chǎn)生和頻和差頻信號。頻率較高的和頻信號由檢波器輸出端的一個(gè)濾波器進(jìn)行濾波；頻率較低的差頻信號則輸出給檢波電路。檢波器的輸出由一個(gè)低速的ADC轉化為數字信號?；祛l器和低通濾波器由可調振蕩器驅動(dòng)組成一個(gè)可調濾波器?；祛l器輸出端的低通濾波器的帶寬決定頻譜顯示時(shí)頻率軸的頻譜分辨率。 

    矢量信號分析儀是一個(gè)寬頻的儀器。它不需要對一個(gè)模擬濾波器進(jìn)行掃頻用來(lái)顯示頻譜，而是對所選擇的頻譜塊對應的時(shí)域信號進(jìn)行數字化，因此得出的頻譜會(huì )包含相位信息。所有的頻率同時(shí)被一個(gè)寬頻的濾波器進(jìn)行捕獲，然后進(jìn)行復雜的FFT運算，而不是像頻譜分析儀用窄帶濾波器和電壓計對它們依次進(jìn)行捕獲。 

　　NI PXI 5660和大多數頻譜分析儀最大的區別之一就是PXI 5660可以是一個(gè)矢量信號分析儀。這意味著(zhù)我們可以同時(shí)采集大量的20MHz帶寬的頻譜信號。矢量信號分析儀的優(yōu)勢在于： 

　?。?）在相同時(shí)間內采集更多的數據，使得基礎測量要快很多。 

　?。?）在很寬的帶寬下數字化的信號包含頻率信息。 

　?。?）對數字化的信號（幅度和相位）進(jìn)行FFT計算。 

　　表1是對頻譜分析儀和矢量分析儀的詳細比較：

                                   表1 頻譜分析儀與矢量分析儀的詳細比較 

    PXI平臺的優(yōu)勢  

　　PXI是PCI eXtensions for Instrumentation的縮寫(xiě)。PXI的主要優(yōu)勢在于它利用了已經(jīng)驗證的符合工業(yè)標準的技術(shù)。PXI建立在高速的CompactPCI總線(xiàn)基礎之上，并加入了類(lèi)似VXI所具有的定時(shí)、觸發(fā)和同步功能。為了便于集成，PXI采用了開(kāi)放的軟件標準，其中包括通用的操作系統，即插即用的驅動(dòng)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。 

　　PIB、VXI、PCI和PXI總線(xiàn)的比較 

圖8對當今主要的測試平臺－GPIB, VXI, PCI和PXI 的一些重要參數進(jìn)行了比較。PXI利用了PC平臺的尺寸、價(jià)格和總線(xiàn)速率的優(yōu)勢，并配之以GPIB和VXI作為儀器規范的特性，使得用戶(hù)能夠同時(shí)擁有這兩方面的強大優(yōu)勢。

                                    表2 GPIB、VXI、PCI和PXI總線(xiàn)的比較 

    （1）PXI和VXI的市場(chǎng)占有率 

　　回首過(guò)去幾年P(guān)XI和VXI的市場(chǎng)占有率，VXI幾乎一直維持相同的市場(chǎng)占有率，而PXI則增長(cháng)迅猛，并于2002年超過(guò)VXI的市場(chǎng)占有率。行業(yè)專(zhuān)家預測這樣的增長(cháng)將繼續維持下去。 

    （2）眾多知名企業(yè)放棄VXI而采用PXI 

　　1987年7月，五家企業(yè)于創(chuàng )建了VXI聯(lián)盟并舉辦了第一次例會(huì )，這五家企業(yè)是：Colorado Data Systems、Hewlett-Packard、Racal-Dana Instruments（現在是 Racal Instruments, Inc.）、Tektronix和Wavetek。如今，Colorado Data Systems、Tektronix和Wavetek都已經(jīng)退出了VXI聯(lián)盟；Hewlett-Packard（現在是Agilent） 也已經(jīng)將它們的VXI產(chǎn)品線(xiàn)賣(mài)給了VXI Technology公司，并于去年發(fā)布了它們第一快基于PXI的模塊化儀器；Racal Instruments于2002年成為PXISA（PXI系統聯(lián)盟）的發(fā)起成員并大量銷(xiāo)售PXI產(chǎn)品；Tektronix也將虛擬儀器技術(shù)用于它們的Open Windows示波器；PXI系統聯(lián)盟 持續擴大其成員隊伍，目前已有68家成員公司。 

　　綜上所述，和VXI相比，PXI具有更快的總線(xiàn)傳輸速率（132MB/s vs 40MB/s）、更小的體積以及更好的性能價(jià)格比。此外，因為借助于PC技術(shù)，PXI將會(huì )根據業(yè)界最先進(jìn)的技術(shù)（如PCI Express）來(lái)不斷更新其產(chǎn)品，相反，VXI則已經(jīng)停止了其主要技術(shù)的更新。最后，得益于NI軟件的靈活性和不斷更新的模塊化硬件，用戶(hù)可以最少的投資隨時(shí)升級整個(gè)測試系統。如此優(yōu)良的擴展性，靈活的軟件架構使得基于PXI的系統集成變得更加容易。因此，PXI總線(xiàn)正在逐步取代VXI總線(xiàn)成為測試測量行業(yè)的最新總線(xiàn)標準。 

    總結 

　　NI射頻信號分析儀—PXI 5660并非傳統的頻譜分析儀，而是一個(gè)高性能的軟件無(wú)線(xiàn)電平臺（同時(shí)可以實(shí)現無(wú)線(xiàn)電接收機、頻譜分析儀和矢量信號分析儀的功能）。和傳統的無(wú)線(xiàn)電監測接收機相比，NI基于PXI的射頻系統具有更好的可擴展性和靈活性。利用強大的圖形化編程語(yǔ)言L(fǎng)abVIEW，無(wú)線(xiàn)射頻接收監測系統已經(jīng)從傳統上硬件定義系統功能的儀器跨入了一個(gè)新的時(shí)代：軟件無(wú)線(xiàn)電，它在高性能硬件保證信號低失真數字化的前提下，充分發(fā)揮軟件平臺和計算機處理器的強大優(yōu)勢，實(shí)現諸如解調、參數計算、閾值監測等各種功能。