自從人們實作了無線通信以後，無線通訊技術開始迅猛發展，發展到今天，移動網絡、WiFi、藍牙、RFID等技術百花齊放，RF頻譜變得越發擁擠。有時候不同類型的RF信号會互相幹擾。面對快速、随機變化的信号，在需要觀察實時頻譜的場景中，傳統的掃描式頻譜分析儀在需要觀察實時頻譜的場景中已經不能滿足實時性的需求。
針對目前廣泛使用的跳頻、擴頻等無線技術對測試裝置的更高要求，鼎陽科技為廣大工程師提供SSA3000X-R系列實時頻譜分析儀，用以滿足大家對實時頻譜監測的需求。本文向大家簡單介紹實時頻譜分析儀與傳統的掃描式頻譜分析儀在處理信号方面的差別。
01
傳統的掃描式頻譜分析儀
傳統的掃描式頻譜分析儀(超外差式頻譜分析儀)會根據設定的起始頻率(螢幕最左邊)一直掃描到終止頻率(螢幕最右邊)。掃描時長與Span設定、RBW設定等相關：Span越大，RBW越小，掃描一次所花的時間越多。在複雜環境的條件下，難以很好地擷取到快速變化信号的頻域資訊。掃描式頻譜分析儀掃描過程可參考下圖1。
圖1 傳統掃描式頻譜分析儀掃描過程
我們使用掃描式頻譜分析儀來分析瞬态信号(比如藍牙信号)。通過圖2可以看到每掃描一個Span得到的結果基本上都隻有一個信号，但是測量的結果并不理想。頻譜儀正在掃描圖中紅色小點所在頻點上的信号，如果此時藍牙信号出現在其他頻點，掃描式頻譜儀則無法掃描到該信号。為了捕捉完整的藍牙信号，我們可以嘗試使用Max Hold功能來記錄出現過的信号(如下圖3)，但是Max Hold功能在使用一段時間以後，部分信号細節會逐漸被覆寫掉，最後甚至看不清一個完整的瞬态信号。
圖2 掃描式頻譜儀不同時間段掃描到的藍牙信号
圖3 使用Max Hold功能記錄信号
由此可見，除非當待測信号剛好同時出現在掃描到的頻點，否則待測信号是無法被掃描到的，遺漏的幾率非常大。掃描式頻譜分析儀很難捕捉到一些瞬态信号或者變化較快的異常信号，即使配合Max Hold功能記錄這段時間掃描到的信号，也會導緻部分信号細節被覆寫。與實時頻譜分析儀的掃描結果相比(下圖8)，掃描式頻譜分析儀在瞬态信号捕捉方面的表現難盡人意。
傳統掃描式頻譜分析儀還可以使用Swept FFT模式來處理信号。但是需要先采集一段信号并處理，處理完這段信号後再采集下一段信号，這種模式會存在死區，也很難完整采集到瞬态信号。是以，傳統分析儀難以很好地擷取瞬态信号的頻域資訊。
圖4 傳統掃描式頻譜分析儀的一種掃頻FFT工作模式
02
實時頻譜分析儀
相對于傳統的掃描式頻譜分析儀，實時頻譜分析儀FFT輸出處理方式不一樣。傳統頻譜儀采用的FFT：采集信号—處理—顯示。在頻譜儀對資料進行處理的時候，這段時間内是采集不到信号的，信号遺漏的機率很大。
實時頻譜分析儀的FFT采用無縫處理，采集資料的同時在背景做大量的FFT運算，資料處理的速度遠大于資料采集的速度，可一次性對整個Span信号進行快速處理。如下圖5，當處理速度大于采集速度的時候，可以保證在一直采集信号的同時，頻譜儀也能對采集到的信号進行處理，不存在遺漏信号的問題。
需要注意的是，實時頻譜分析儀并不是在所有的設定下都可以實作無縫處理，當Span和RBW都設定得比較大的時候，有可能導緻資料采集時間小于資料處理時間，這種情況下實時頻譜分析儀無法工作在無縫處理模式。
圖5 實時頻譜分析儀無縫處理
在圖5中，FFT每次處理完之後需要等待一段時間之後才會進入下一次處理，如果某個瞬态信号剛好出現在某個FFT窗的邊緣，這個信号的幅度有可能被加窗影響到進而在FFT中得不到正确的展現，如下圖6所示。
圖6 加窗可能導緻信号遺失
為避免這種情況，實時頻譜分析儀會采用overlap處理，通過多次FFT分析來盡量還原瞬态信号，如下圖7。通過overlap處理，可以提高瞬态信号的截獲機率和幅度測量精度。
圖7 使用overlap處理避免瞬态信号遺漏
實時頻譜分析儀還有一個比較重要的參數POI，即截獲機率。一般用100%POI最小持續時間來表征頻譜分析儀對信号的穩定捕獲和測量能力。當信号的持續時間大于最小持續時間的時候，頻譜分析儀可以100%捕獲到這個信号。反之，當信号持續時間不滿足POI的條件的時候，頻譜分析儀不能保證測量結果的精度。
與傳統掃描式頻譜分析儀相比，實時頻譜分析儀在瞬态信号測量上有更為顯著的優勢，下圖8中，使用實時頻譜分析儀測量藍牙信号，發現還有一個疑似wifi信号的幹擾。
圖8 實時頻譜分析儀測量藍牙信号
對比傳統頻譜分析儀，實時頻譜儀在捕獲瞬态信号方面有更大的優勢，可以幫助使用者更好地分析偶發或者随機的信号。
SSA3000X-R的RTSA模式支援Density、3D、Spectrogram、PvT等多種顯示方式，友善多元度觀察複雜瞬變信号，并有可設定的頻率子產品觸發功能，同時具備模拟與數字調制分析、無線功率分析、VSWR反射測量、EMI測試模式等功能。在無線連接配接與移動通信測試、寬帶信号捕獲與分析、電磁相容測試、天線與電纜測試方面上，SSA3000X-R是必不可少的工具。
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