ローデ・シュワルツのシグナル・スペクトラム・アナライザのポートフォリオ

スペクトラム・アナライザは、その名前が示しているように、選択されたスペクトラム範囲に存在する信号を検出します。その基本機能は、信号をグラフィカルディスプレイに表示することで、x軸には周波数、y軸にはそれに対する振幅（パワーレベル）が表示されます。検出信号の振幅は、周波数ドメインに表示されます。RFスペクトラム・アナライザは、無線周波数とマイクロ波周波数をカバーしています。プリセレクションで現在使用できる最大周波数レンジは、2 Hzから85 GHzで、外部ミキサーを使用すればさらに高い周波数も解析可能です。通常、x軸の周波数にはリニアスケールが使用され、y軸の振幅にはログまたはdBスケール（こちらもログ）が使用されます。そのため、振幅変化の幅が広い信号でも同時に確認することができます。スペクトラム・アナライザは、信号が指定された帯域幅を占有しているかどうかというような対象信号の特性を表示するだけでなく、不要な信号をサーチするなど、RFテストで広く使用されています。

RFテストでは、周波数範囲のスペクトラム成分を表示することで要不要な信号のレベルを検出するような純粋なスペクトラム・アナライザは、もはやほとんど存在しません。多くの近代的なパルスド信号の性質により、過渡信号の検出および調査の必要性が生じているため、無線レシーバーと同じスーパーヘテロダイン方式の古いスペクトラム・アナライザでは、過渡信号のような間欠的に存在するすべての信号を検出したり、信号の位相を測定したりできません。対象の周波数範囲（周波数スパン）が、スペクトラム・アナライザのデータ同時処理能力を超えると、周波数スパンは低周波から高周波へとスキャン（掃引）されます。周波数掃引中に過渡信号が存在しない場合は、それは検出されません。

タイムドメインを周波数ドメインに変換する高速フーリエ変換（FFT）を使用したデジタル処理により、スーパーヘテロダイン方式のスペクトラム・アナライザの信号検出および解析の両方の能力が大幅に強化されました。FFTにより、周波数スパンの捕捉と解析がかなり高速になります。FFTをパラレルに使用することで瞬時帯域幅が拡張され、適切なフィルターを使用すれば、パルスド信号や過渡信号も検出することができます。多くのスペクトラム・アナライザはゼロ・スパン・モードも提供していて、信号の振幅のみならず位相も解析でき、選択された周波数で信号を復調することもできます。検出信号を単に画面に表示するだけでなく、ノイズ、利得、位相、占有信号帯域幅、隣接チャネルパワーなどのすべての測定が可能です。デジタル信号をエクスポートすれば、追加解析機能を提供するソフトウェアツールによって後処理することができます。

シグナル・アナライザ、正式にはベクトル・シグナル・アナライザ（VSA）は、複雑なデジタル変調を伴う信号の復調および解析に使用されます。VSAは、固定の中心周波数で信号を捕捉します。フィルターを使用してスペクトラム表示の帯域幅（スパン）を設定し、スペクトラム・アナライザはさらに広い周波数範囲を掃引します。専用のスペクトラム・アナライザと異なり、VSAは、位相情報に加えて、スペクトラム・アナライザでは取得できない信号特性の高度な測定を提供します。デジタル処理を使用して、デジタルの同相（I）および直交（Q）変調成分に基づいた信号を復調します。VSAは、S/N比（キャリア/ノイズ比）、エラーベクトル振幅（EVM）、コードドメイン・パワーなどの信号特性を解析します。すべてのレベル、周波数、位相ノイズ、利得、占有信号帯域幅、隣接チャネルパワーの値を含む、パルスド信号や過渡信号のすべての特性を測定することができます。

測定器のノイズレベルと帯域幅は常にトレードオフですが、VSAの中心周波数は固定なので、狭い解析帯域幅でも十分に機能します。優れた設計のVSAならば低ノイズフロアと優れた感度を兼ね備え、低レベルの信号も検出することができます。

多くのVSAは、（不要な）信号検出に適したスペクトラム解析モードも備えています。捕捉信号のスパンは拡大しますが、復調できる対象がAM、FMまたはΦMに減少します。

スペクトラム・アナライザに必要な周波数レンジは、アプリケーションによって異なります。すなわち、要不要な信号で調査するべき信号と、信号検出の目的が重要です。たとえば、スペクトラムモニタリングでは、周波数レンジは、モニター対象の周波数さえ含んでいれば十分です。デバイスの開発やEMIの調査では、多くの規格で、基本周波数の3次高調波でのスプリアスエミッション測定が求められます。そのため、Wi-FiやBluetooth® のような2.4 GHz ISM帯域で動作するデバイスの場合は、7.2 GHzの周波数レンジが必要になります。規格に対するコンプライアンスでは、5次高調波までのスプリアスエミッションが求められるケースもあります。この場合、2.4 GHzのデバイスで、12 GHzの周波数レンジが必要になります。24.25から27.50 GHzのn258で動作する5Gデバイスの場合、必要な最大周波数は82.5 GHzで、これを使用できるスペクトラム・アナライザはかなり希少です。ETSI、ANSIまたは3GPPなどの組織が公表している多くの規格は、基本周波数に非常に近い、バンド外エミッションのリミットを仕様化しています。すべてのケースで、テストするデバイスに適用される規格を確認し、目安として、予測される最大を20 %超える最大周波数を目指します。

一般的に、ダイナミックレンジは、測定器が測定できる最大値と最小値を説明するものです。さまざまな信号を同時に検出するために設計されたスペクトラム・アナライザの場合、その定義は、強い信号の存在下で、アナライザが弱い信号を検出できる能力です。スペクトラム・アナライザのダイナミックレンジは、大信号の存在下でスペクトラム・アナライザが小信号を所定の確度で測定できる、大信号と小信号の比（dB）で定義されます。

一般的に、スペクトラム・アナライザは、必要な信号の存在下でスプリアスエミッションをサーチするために使用されるので、強い信号の存在下で弱い信号を検出できるアナライザの能力が、基本的な性能基準になります。測定器の最大信号レベルレンジ、ノイズフロア、位相雑音、スプリアス応答のすべてが、ダイナミックレンジの決定に重要な役割を果たします。

ダイナミックレンジは、弱い信号の倍はアナライザの固有ノイズによって制限され、強い信号の場合は非線形性によって制限されます。

固有ノイズは、表示平均雑音レベル（DANL）によって決まります。DANLはdBmで表され、1 Hzの分解能帯域幅にノーマライズされます。プリアンプによってDANLは低下するので、これは、弱い信号の検出には有用ですが、実際には全体のダイナミックレンジが狭まります。

非線形性は、1 dB圧縮ポイント、2次高調波歪み、TOI（3次インターセプト）によって示されます。

波形の位相雑音は、周波数の短時間の急峻な変動です。スペクトラム・アナライザの画面では、ディスプレイ上に波形のにじみや振動として現れます。位相雑音により信号パワーが隣接周波数に拡散し、その結果、ノイズ側波帯が生じて、使用可能な信号パワーが弱まり、信号品質が低下します。弱い信号は、強い隣接信号の位相雑音に埋もれて見えなくなる可能性があります。

周波数ドメインの位相雑音は、タイムドメインのジッタに相当し、周波数での変動は、時間での信号エッジの偏差になります。

位相雑音（およびジッタ）の原因は、波形をクロックする発振器の性能の不規則性です。

理想的な発振器は純粋な正弦波を出力し、信号のすべてのパワーが単一周波数にあります。しかし、実際の発振器はすべて不安定なので、位相変調雑音成分を発生します。位相雑音成分により、信号のパワーが隣接周波数に拡散します。発振器の位相雑音には、多くの場合、低周波のフリッカーノイズが含まれ、ホワイトノイズが含まれる場合もあります。位相雑音は周波数ドメインでの発振器の安定度を示し、ジッタはタイムドメインでの安定度を示します。

被試験デバイスの位相雑音が、スペクトラム・アナライザの局部発振器の位相雑音よりも大きければ、位相雑音をスペクトラム・アナライザで測定することができます。

スペクトラム・アナライザ固有の位相雑音は、位相雑音測定の性能を制限し、デジタル変調信号のエラーベクトル振幅（EVM）測定に影響を与えます。これは特に、狭帯域信号の場合に顕著です。

一部のスペクトラム・アナライザでは、オプションで高確度の発振器を提供していて追加購入することができます。これにより、位相雑音測定の確度が向上します。

このご質問に対する正確な回答はありません。最適なスペクトラム・アナライザは個々の状況によって異なります。主な決定要因は、測定する信号の周波数、測定する必要がある信号の特性です。また、必要な測定、信号を測定する場所、利用可能な予算も重要です。スペクトラム・アナライザの周波数レンジにより、測定できる最小／最大周波数が決まります。必要な測定速度、解析帯域幅、位相雑音、ダイナミックレンジおよび感度のすべてが、測定する信号、必要な確度によって異なります。解析機能は、個々の要件に一致する必要があります。追加基準としては、可搬性や重量、新規購入後に追加性能を追加するためのオプションコンセプト、サービス／校正サポート、既存のテストインフラへの適合性なども考えられます。また、新しいアナライザが、従来の機器とプラグイン方式で交換して機能できるかという問題もあります。

ローデ・シュワルツのスペクトラム・アナライザのポートフォリオには、汎用測定と特定の業界標準の両方に対応したソリューションが含まれています。具体的には次の種類があります。

• R&S®FPC1500などのエントリーレベルのスペクトラム・アナライザ。5 KHzから1 GHzの周波数レンジで3 GHzまでアップグレード可能です。包括的なアップグレードの可能性がある、基本的な教育から専門的な用途までの予算に適合します。
• ハンドヘルド型のバッテリー動作スペクトラム・アナライザ。あらゆる種類のフィールドでの運用に使用します。周波数はR&S®FPHで最大31 GHzです。
• R&S®FSV3000またはR&S®FPL1000などのベンチ向け汎用測定器。優れたRF性能と、5G NRを含む多くの解析オプションを備えています。包括的なユーザーインタフェースと自動制御機能も提供しています。
• ユーザーインタフェースなしのコンパクトな測定器。R&S®FPS シグナル・スペクトラム・アナライザなどがあり、製造、システムおよびモニタリングアプリケーション向けです。超高速測定、優れた性能、最小のサイズ、重量、消費電力を実現した
• R&S®FSWなどの高性能測定器。この測定器は、非常に優れたRF性能、独自の90 GHz最大周波数、8.3 GHzの解析帯域幅を備えています。