自從人們實(shí)現(xiàn)了無線通信以后，無線通訊技術(shù)開始迅猛發(fā)展，發(fā)展到今天，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、WiFi、藍(lán)牙、RFID等技術(shù)百花齊放，RF頻譜變得越發(fā)擁擠。有時(shí)候不同類型的RF信號(hào)會(huì)相互干擾。面對(duì)快速、隨機(jī)變化的信號(hào)，在需要觀察實(shí)時(shí)頻譜的場景中，傳統(tǒng)的掃描式頻譜分析儀在需要觀察實(shí)時(shí)頻譜的場景中已經(jīng)不能滿足實(shí)時(shí)性的需求。
針對(duì)當(dāng)前廣泛使用的跳頻、擴(kuò)頻等無線技術(shù)對(duì)測試設(shè)備的更高要求，樂信智測為廣大工程師提供鼎陽SSA3000X-R系列實(shí)時(shí)頻譜分析儀，用以滿足大家對(duì)實(shí)時(shí)頻譜監(jiān)測的需求。本文向大家簡單介紹實(shí)時(shí)頻譜分析儀與傳統(tǒng)的掃描式頻譜分析儀在處理信號(hào)方面的區(qū)別。
一、傳統(tǒng)的掃描式頻譜分析儀
傳統(tǒng)的掃描式頻譜分析儀（超外差式頻譜分析儀）會(huì)根據(jù)設(shè)定的起始頻率（屏幕最左邊）一直掃描到終止頻率（屏幕最右邊）。掃描時(shí)長與Span設(shè)置、RBW設(shè)置等相關(guān)：Span越大，RBW越小，掃描一次所花的時(shí)間越多。在復(fù)雜環(huán)境的條件下，難以很好地獲取到快速變化信號(hào)的頻域信息。掃描式頻譜分析儀掃描過程可參考下圖1。
圖1 傳統(tǒng)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態(tài)信號(hào)(比如藍(lán)牙信號(hào))。通過圖2可以看到每掃描一個(gè)Span得到的結(jié)果基本上都只有一個(gè)信號(hào)，但是測量的結(jié)果并不理想。頻譜儀正在掃描圖中紅色小點(diǎn)所在頻點(diǎn)上的信號(hào)，如果此時(shí)藍(lán)牙信號(hào)出現(xiàn)在其他頻點(diǎn)，掃描式頻譜儀則無法掃描到該信號(hào)。為了捕捉完整的藍(lán)牙信號(hào)，我們可以嘗試使用Max Hold功能來記錄出現(xiàn)過的信號(hào)（如下圖3），但是Max Hold功能在使用一段時(shí)間以后，部分信號(hào)細(xì)節(jié)會(huì)逐漸被覆蓋掉，最后甚至看不清一個(gè)完整的瞬態(tài)信號(hào)。
圖2 掃描式頻譜儀不同時(shí)間段掃描到的藍(lán)牙信號(hào)
圖3 使用Max Hold功能記錄信號(hào)
由此可見，除非當(dāng)待測信號(hào)剛好同時(shí)出現(xiàn)在掃描到的頻點(diǎn)，否則待測信號(hào)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態(tài)信號(hào)或者變化較快的異常信號(hào)，即使配合Max Hold功能記錄這段時(shí)間掃描到的信號(hào)，也會(huì)導(dǎo)致部分信號(hào)細(xì)節(jié)被覆蓋。與實(shí)時(shí)頻譜分析儀的掃描結(jié)果相比（下圖8），掃描式頻譜分析儀在瞬態(tài)信號(hào)捕捉方面的表現(xiàn)難盡人意。
傳統(tǒng)掃描式頻譜分析儀還可以使用Swept FFT模式來處理信號(hào)。但是需要先采集一段信號(hào)并處理，處理完這段信號(hào)后再采集下一段信號(hào)，這種模式會(huì)存在死區(qū)，也很難完整采集到瞬態(tài)信號(hào)。因此，傳統(tǒng)分析儀難以很好地獲取瞬態(tài)信號(hào)的頻域信息。
圖4 傳統(tǒng)掃描式頻譜分析儀的一種掃頻FFT工作模式
二、實(shí)時(shí)頻譜分析儀
相對(duì)于傳統(tǒng)的掃描式頻譜分析儀，實(shí)時(shí)頻譜分析儀FFT輸出處理方式不一樣。傳統(tǒng)頻譜儀采用的FFT：采集信號(hào)—處理—顯示。在頻譜儀對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的時(shí)候，這段時(shí)間內(nèi)是采集不到信號(hào)的，信號(hào)遺漏的概率很大。
實(shí)時(shí)頻譜分析儀的FFT采用無縫處理，采集數(shù)據(jù)的同時(shí)在后臺(tái)做大量的FFT運(yùn)算，數(shù)據(jù)處理的速度遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)采集的速度，可一次性對(duì)整個(gè)Span信號(hào)進(jìn)行快速處理。如下圖5，當(dāng)處理速度大于采集速度的時(shí)候，可以保證在一直采集信號(hào)的同時(shí)，頻譜儀也能對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，不存在遺漏信號(hào)的問題。
需要注意的是，實(shí)時(shí)頻譜分析儀并不是在所有的設(shè)置下都可以實(shí)現(xiàn)無縫處理，當(dāng)Span和RBW都設(shè)置得比較大的時(shí)候，有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集時(shí)間小于數(shù)據(jù)處理時(shí)間，這種情況下實(shí)時(shí)頻譜分析儀無法工作在無縫處理模式。
圖5 實(shí)時(shí)頻譜分析儀無縫處理
在圖5中，F(xiàn)FT每次處理完之后需要等待一段時(shí)間之后才會(huì)進(jìn)入下一次處理，如果某個(gè)瞬態(tài)信號(hào)剛好出現(xiàn)在某個(gè)FFT窗的邊緣，這個(gè)信號(hào)的幅度有可能被加窗影響到從而在FFT中得不到正確的體現(xiàn)，如下圖6所示。
圖6 加窗可能導(dǎo)致信號(hào)遺失
為避免這種情況，實(shí)時(shí)頻譜分析儀會(huì)采用overlap處理，通過多次FFT分析來盡量還原瞬態(tài)信號(hào)，如下圖7。通過overlap處理，可以提高瞬態(tài)信號(hào)的截獲概率和幅度測量精度。
圖7 使用overlap處理避免瞬態(tài)信號(hào)遺漏
實(shí)時(shí)頻譜分析儀還有一個(gè)比較重要的參數(shù)POI，即截獲概率。一般用100 %POI最小持續(xù)時(shí)間來表征頻譜分析儀對(duì)信號(hào)的穩(wěn)定捕獲和測量能力。當(dāng)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間大于最小持續(xù)時(shí)間的時(shí)候，頻譜分析儀可以100 %捕獲到這個(gè)信號(hào)。反之，當(dāng)信號(hào)持續(xù)時(shí)間不滿足POI的條件的時(shí)候，頻譜分析儀不能保證測量結(jié)果的精度。
與傳統(tǒng)掃描式頻譜分析儀相比，實(shí)時(shí)頻譜分析儀在瞬態(tài)信號(hào)測量上有更為顯著的優(yōu)勢，下圖8中，使用實(shí)時(shí)頻譜分析儀測量藍(lán)牙信號(hào)，發(fā)現(xiàn)還有一個(gè)疑似wifi信號(hào)的干擾。
圖8 實(shí)時(shí)頻譜分析儀測量藍(lán)牙信號(hào)
對(duì)比傳統(tǒng)頻譜分析儀，實(shí)時(shí)頻譜儀在捕獲瞬態(tài)信號(hào)方面有更大的優(yōu)勢，可以幫助用戶更好地分析偶發(fā)或者隨機(jī)的信號(hào)。
SSA3000X-R的RTSA模式支持Density、3D、Spectrogram、PvT等多種顯示方式，方便多維度觀察復(fù)雜瞬變信號(hào)，并有可設(shè)定的頻率模塊觸發(fā)功能，同時(shí)具備模擬與數(shù)字調(diào)制分析、無線功率分析、VSWR反射測量、EMI測試模式等功能。在無線連接與移動(dòng)通信測試、寬帶信號(hào)捕獲與分析、電磁兼容測試、天線與電纜測試方面上，SSA3000X-R是必不可少的工具。
