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实时频谱分析仪与传统频谱分析仪的区别
发布时间: 2020-05-28
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针对当前广泛使用的跳频、扩频等无线技术对测试设备的更高要求,鼎阳科技为广大工程师提供SSA3000X-R系列实时频谱分析仪,用以满足大家对实时频谱监测的需求。本文向大家简单介绍实时频谱分析仪与传统的扫描式频谱分析仪在处理信号方面的区别。
       自从人们实现了无线通信以后,无线通讯技术开始迅猛发展,发展到今天,移动网络、WiFi、蓝牙、RFID等技术百花齐放,RF频谱变得越发拥挤。有时候不同类型的RF信号会相互干扰。面对快速、随机变化的信号,在需要观察实时频谱的场景中,传统的扫描式频谱分析仪在需要观察实时频谱的场景中已经不能满足实时性的需求。
        针对当前广泛使用的跳频、扩频等无线技术对测试设备的更高要求,鼎阳科技为广大工程师提供SSA3000X-R系列实时频谱分析仪,用以满足大家对实时频谱监测的需求。本文向大家简单介绍实时频谱分析仪与传统的扫描式频谱分析仪在处理信号方面的区别。

1.传统的扫描式频谱分析仪

          传统的扫描式频谱分析仪(超外差式频谱分析仪)会根据设定的起始频率(屏幕最左边)一直扫描到终止频率(屏幕最右边)。扫描时长与Span设置、RBW设置等相关:Span越大,RBW越小,扫描一次所花的时间越多。在复杂环境的条件下,难以很好地获取到快速变化信号的频域信息。扫描式频谱分析仪扫描过程可参考下图1。
传统扫描式频谱分析仪扫描过程
图1 传统扫描式频谱分析仪扫描过程
          我们使用扫描式频谱分析仪来分析瞬态信号(比如蓝牙信号)。通过图2可以看到每扫描一个Span得到的结果基本上都只有一个信号,但是测量的结果并不理想。频谱仪正在扫描图中红色小点所在频点上的信号,如果此时蓝牙信号出现在其他频点,扫描式频谱仪则无法扫描到该信号。为了捕捉完整的蓝牙信号,我们可以尝试使用Max Hold功能来记录出现过的信号(如下图3),但是Max Hold功能在使用一段时间以后,部分信号细节会逐渐被覆盖掉,最后甚至看不清一个完整的瞬态信号。
扫描式频谱仪不同时间段扫描到的蓝牙信号
图2 扫描式频谱仪不同时间段扫描到的蓝牙信号
使用Max Hold功能记录信号
图3 使用Max Hold功能记录信号
         由此可见,除非当待测信号刚好同时出现在扫描到的频点,否则待测信号是无法被扫描到的,遗漏的几率非常大。扫描式频谱分析仪很难捕捉到一些瞬态信号或者变化较快的异常信号,即使配合Max Hold功能记录这段时间扫描到的信号,也会导致部分信号细节被覆盖。与实时频谱分析仪的扫描结果相比(下图8),扫描式频谱分析仪在瞬态信号捕捉方面的表现难尽人意。

        传统扫描式频谱分析仪还可以使用Swept FFT模式来处理信号。但是需要先采集一段信号并处理,处理完这段信号后再采集下一段信号,这种模式会存在死区,也很难完整采集到瞬态信号。因此,传统分析仪难以很好地获取瞬态信号的频域信息。
传统扫描式频谱分析仪的一种扫频FFT工作模式
图4 传统扫描式频谱分析仪的一种扫频FFT工作模式

2.实时频谱分析仪

     相对于传统的扫描式频谱分析仪,实时频谱分析仪FFT输出处理方式不一样。传统频谱仪采用的FFT:采集信号—处理—显示。在频谱仪对数据进行处理的时候,这段时间内是采集不到信号的,信号遗漏的概率很大。

     实时频谱分析仪的FFT采用无缝处理,采集数据的同时在后台做大量的FFT运算,数据处理的速度远大于数据采集的速度,可一次性对整个Span信号进行快速处理。如下图5,当处理速度大于采集速度的时候,可以保证在一直采集信号的同时,频谱仪也能对采集到的信号进行处理,不存在遗漏信号的问题。

      需要注意的是,实时频谱分析仪并不是在所有的设置下都可以实现无缝处理,当Span和RBW都设置得比较大的时候,有可能导致数据采集时间小于数据处理时间,这种情况下实时频谱分析仪无法工作在无缝处理模式。
实时频谱分析仪无缝处理
图5 实时频谱分析仪无缝处理
        在图5中,FFT每次处理完之后需要等待一段时间之后才会进入下一次处理,如果某个瞬态信号刚好出现在某个FFT窗的边缘,这个信号的幅度有可能被加窗影响到从而在FFT中得不到正确的体现,如下图6所示。
加窗可能导致信号遗失
图6 加窗可能导致信号遗失
       为避免这种情况,实时频谱分析仪会采用overlap处理,通过多次FFT分析来尽量还原瞬态信号,如下图7。通过overlap处理,可以提高瞬态信号的截获概率和幅度测量精度。
使用overlap处理避免瞬态信号遗漏
图7 使用overlap处理避免瞬态信号遗漏
       实时频谱分析仪还有一个比较重要的参数POI,即截获概率。一般用100%POI最小持续时间来表征频谱分析仪对信号的稳定捕获和测量能力。当信号的持续时间大于最小持续时间的时候,频谱分析仪可以100%捕获到这个信号。反之,当信号持续时间不满足POI的条件的时候,频谱分析仪不能保证测量结果的精度。

与传统扫描式频谱分析仪相比,实时频谱分析仪在瞬态信号测量上有更为显著的优势,下图8中,使用实时频谱分析仪测量蓝牙信号,发现还有一个疑似wifi信号的干扰。
实时频谱分析仪测量蓝牙信号
图8 实时频谱分析仪测量蓝牙信号
        对比传统频谱分析仪,实时频谱仪在捕获瞬态信号方面有更大的优势,可以帮助用户更好地分析偶发或者随机的信号。
SSA3000X-R的RTSA模式支持Density、3D、Spectrogram、PvT等多种显示方式,方便多维度观察复杂瞬变信号,并有可设定的频率模块触发功能,同时具备模拟与数字调制分析、无线功率分析、VSWR反射测量、EMI测试模式等功能。在无线连接与移动通信测试、宽带信号捕获与分析、电磁兼容测试、天线与电缆测试方面上,SSA3000X-R是必不可少的工具。
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