掃頻頻譜儀與實時頻譜儀區別

agitek2008

自從人們實現了無線通信以后，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信號會相互干擾。面對快速、隨機變化的信號，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。

針對當前廣泛使用的跳頻、擴頻等無線技術對測試設備的更高要求，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號方面的區別。

1. 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（屏幕最左邊）一直掃描到終止頻率（屏幕最右邊）。掃描時長與Span設置、RBW設置等相關：Span越大，RBW越小，掃描一次所花的時間越多。在復雜環境的條件下，難以很好地獲取到快速變化信號的頻域信息。

我們使用掃描式頻譜分析儀來分析瞬態信號(比如藍牙信號)。通過圖1可以看到每掃描一個Span得到的結果基本上都只有一個信號，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號，如果此時藍牙信號出現在其他頻點，掃描式頻譜儀則無法掃描到該信號。為了捕捉完整的藍牙信號，我們可以嘗試使用Max Hold功能來記錄出現過的信號（如下圖2），但是Max Hold功能在使用一段時間以后，部分信號細節會逐漸被覆蓋掉，最后甚至看不清一個完整的瞬態信號。

圖1掃描式頻譜儀不同時間段掃描到的藍牙信號

圖2 使用Max Hold功能記錄信號

由此可見，除非當待測信號剛好同時出現在掃描到的頻點，否則待測信號是無法被掃描到的，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信號或者變化較快的異常信號，即使配合Max Hold功能記錄這段時間掃描到的信號，也會導致部分信號細節被覆蓋。與實時頻譜分析儀的掃描結果相比（下圖3），掃描式頻譜分析儀在瞬態信號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模式來處理信號。但是需要先采集一段信號并處理，處理完這段信號后再采集下一段信號，這種模式會存在死區，也很難完整采集到瞬態信號。因此，傳統分析儀難以很好地獲取瞬態信號的頻域信息。

2. 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：采集信號—處理—顯示。在頻譜儀對數據進行處理的時候，這段時間內是采集不到信號的，信號遺漏的概率很大。

實時頻譜分析儀的FFT采用無縫處理，采集數據的同時在后臺做大量的FFT運算，數據處理的速度遠大于數據采集的速度，可一次性對整個Span信號進行快速處理。當處理速度大于采集速度的時候，可以保證在一直采集信號的同時，頻譜儀也能對采集到的信號進行處理，不存在遺漏信號的問題。

需要注意的是，實時頻譜分析儀并不是在所有的設置下都可以實現無縫處理，當Span和RBW都設置得比較大的時候，有可能導致數據采集時間小于數據處理時間，這種情況下實時頻譜分析儀無法工作在無縫處理模式。

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分析來盡量還原瞬態信號，實時頻譜分析儀還有一個比較重要的參數POI，即截獲概率。一般用100%POI最小持續時間來表征頻譜分析儀對信號的穩定捕獲和測量能力。當信號的持續時間大于最小持續時間的時候，頻譜分析儀可以100%捕獲到這個信號。反之，當信號持續時間不滿足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態信號測量上有更為顯著的優勢，下圖3中，使用實時頻譜分析儀測量藍牙信號，發現還有一個疑似wifi信號的干擾

圖3 實時頻譜分析儀測量藍牙信號

對比傳統頻譜分析儀，實時頻譜儀在捕獲瞬態信號方面有更大的優勢，可以幫助用戶更好地分析偶發或者隨機的信號。

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