一、背景

本文旨在对实时频谱仪与非实时频谱仪的区别做一个浅显的分析说明，帮助我们频谱仪用户增进对于频谱分析技术的理解。

二、概述

从前生产活动密集度相对低，对应的无线通信环境相对简单、电磁频谱相对干净。

现在生产活动密集度高，对应的无线通信环境、电磁频谱相对复杂。

常见的电磁频谱信号有：移动网络、Wi-Fi、蓝牙、RFID、跳频扩频电台、以雷达为代表的脉冲信号等等，这些信号的存在、叠加使得整个频谱背景变得非常复杂，对监测分析的频谱仪要求越来越高。

常规的扫频式频谱仪（非实时频谱仪）已经难以满足当前的测量需求；而实时频谱仪能够胜任这样的测量需求，能够快速实时捕捉、分析掩盖在背景噪声中的目标信号，即使它是快速、跳变、随机变化的信号。

三、传统扫频式频谱分析仪

传统扫频式频谱分析仪（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。扫频式频谱分析仪的扫描过程可参考下图。

图1. 扫频式频谱分析仪的扫描过程

我们使用扫频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。即使使用了Max Hold功能来记录出现过的信号，部分信号细节也会逐渐被覆盖掉，最后甚至看不清一个完整的瞬态信号。

图2. 扫频式频谱分析仪对蓝牙信号的分析

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。扫频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（见图7），扫频式频谱分析仪在瞬态信号捕捉方面的表现难尽人意。

传统扫频式频谱分析仪还可以使用Sweep 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，这种模式会存在盲区，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。

图3. 扫频式频谱分析仪的一种扫频FFT工作模式

四、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。如图4所示，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。

图4. 实时频谱分析仪无缝处理示意图

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，如图6所示。通过overlap处理，可以提高瞬态信号的截获概率和幅度测量度。

图6. 使用overlap处理避免瞬态信号遗漏.jpg

衡量实时频谱分析仪性能优劣还有一个非常重要的指标：POI，即100%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。德国AARONIA安诺尼SPECTRAN V6实时频谱分析仪的POI可达10ns。

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，如图7所示，使用实时频谱分析仪测量蓝牙信号。

图7. 安诺尼V6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瞬态，或者随机跳变的电磁频谱信号。