頻譜分析儀別再買貴了！7個讓你多花錢的關鍵錯誤

隨著無線技術融入我們生活的各個層面，越來越多的工程師發現自己需要進行射頻量測。過去，射頻技術的應用需要仰賴昂貴的測試設備，並由具備深厚射頻知識的工程師操作。然而，如今，各種領域的工程師與技術人員都需要具備測量射頻訊號的能力。頻譜分析儀是最常見的射頻訊號量測儀器之一。從歷史上看，昂貴的頻譜分析儀通常只會放置於實驗室內，作為高價的固定資產進行管理。

隨著射頻整合電路的持續進步，Signal Hound 打破了這一侷限，透過創新的頻譜分析儀架構，推出了高性價比的便攜式頻譜分析儀、監測接收機以及射頻擷取卡，讓我們能以經濟實惠的方式提供所需的性能。新產品開發商及技術支援人員廣泛使用目前最主流的標準──如藍牙（Bluetooth）、Wi-Fi、LTE、5G 等。許多公司驚訝地發現，現代射頻儀器的成本依然相當高昂。如今，他們可以購買一台 Keysight 或 Rohde & Schwarz 的頻譜分析儀，用於進行少數高難度測試，再利用剩餘的預算購買足夠多的 Signal Hound 頻譜分析儀，配置給每位工程師的工作台，以處理其餘95%的測試工作量。

Signal Hound 頻譜分析儀以市場上最具競爭力的價格，為您提供所需的性能（見圖 1）。在本文中，我們將探討您可能為頻譜分析儀支付過多費用的七個原因。若其中任何一項符合您的測試需求，也許正是時候思考，為什麼不在您的實驗室──甚至是辦公桌上，加入一台基於 USB的 RF測試設備呢？

圖1-  擴展您的測試能力，滿足您所需的效能水準

BB60C 9KHz~6GHz頻譜分析儀          

 SP145 100KHz~14.5GHz頻譜分析儀

 SM200系列 100KHz~20GHz 頻譜分析儀

原因1－你需要多少動態範圍？

動態範圍（Dynamic Range）是頻譜分析儀的一項重要性能指標。當尋找低電平訊號時，它決定了一台儀器能否將訊號與量測雜訊底（noise floor）區分開的能力。其中一個關鍵考量是釐清測試情境所需的最低訊號電平。圖 2 突顯了在尋找低電平訊號時，動態範圍的重要性。對於許多量測而言，主要目標可能是準確地表徵主要訊號。在這種情況下，具有 60 dB 的信噪比（SNR）已經足夠綽綽有餘。而在某些實驗室的少數測試工作站則可能需要更昂貴的頻譜分析儀，其動態範圍須達 85 dB 或更高。

圖2- 在您的主訊號之外，您的信噪需求是多少?

您是否需要精確定位超過 60 dB 的訊號？甚至超過 85 dB？

SM200系列可攜式頻譜分析儀能夠提供足夠高的 SFDR（Spurious-Free Dynamic Range，無雜訊動態範圍）效能，可媲美傳統桌上型儀器的水準。

在查看頻譜分析儀的動態範圍時，常會令人感到困惑。通常會標示的 DANL（Displayed Average Noise Level顯示平均雜訊水準）數值極低，例如低於 -150 dBm/Hz。

然而，這些DANL 數值有時會被誤解，因為它受到多種因素影響，例如頻率、衰減器以及前置放大器等。為了針對不同頻譜分析儀之間進行簡單比較，我們可以觀察其最大動態範圍，這個範圍定義為在 1 GHz 時，三階截取點（3rd order intercept point）與 DANL（顯示平均噪聲電平）之差的三分之二。表 1 為Signal Hound 系列頻譜分析儀與 Keysight MXA 的性能比較。

表1- 動態範圍比較

原因2－速度不再意味著昂貴？

對於許多應用來說，掃描速度至關重要。例如在頻譜監測的情況下，通常需要進行廣泛的頻率掃描，以尋找各種訊號狀況。Signal Hound 的 SM200 系列在任何解析度頻寬設定 ≥30 kHz 時，皆可提供業界領先的 1 THz /sec 掃描速度。僅需19毫秒即可完成1 GHz至20 GHz頻段掃描，實現無線電波的持續監測。最關鍵的是，此過程可自動化執行，無需操作員駐守，且能長時間持續運作。只需設定基準線，任何超出範圍的訊號都會即時記錄至 CSV 檔案中。這樣不僅能最大化效率與安全性，還能在電腦關機的情況下保留數據，這是監測接收機中極為重要的性能指標之一。

在生產環境中，吞吐量意味著一切。隨著產量的增加，測試設備的成本可能顯得微不足道。然而，為了持續降低成本，節省測試設備的開支又能開拓更多的生產線。表 2 突出了各款 Signal Hound 頻譜分析儀的掃描速度。

表2- 掃描速度

Signal Hound 頻譜分析儀的架構允許利用其他技術來進一步提升速度性能。在許多情況下，儀器軟體會消耗電腦處理器資源（Overhead）。額外使用 Spike（GUI）圖形介面程式可能對整體的測試時間產生微小的影響。

當毫秒級精度至關重要時，Signal Hound 允許使用者繞過 Spike 軟體應用程式（如圖 3 所示）。此設計可實現直接透過 API 編程，從而達成更快速的測量。Signal Hound 頻譜分析儀支援 C++、LabVIEW、MATLAB、Python、C# 或任何具有 C 語言綁定功能的程式語言進行編程。

圖3- 透過直接裝置API編程進一步提升Signal Hound頻譜分析儀的測量速度。

原因3－精確的相位雜訊測量

許多設備、子系統及系統都需要精確的相位雜訊（Phase Noise）測量。頻譜分析儀通常被用於此類測量，然而，頻譜分析儀本身的相位雜訊必須足夠低，才不會影響被測器物（DUT）的測量精度。

雖然許多測試設備供應商會將相位雜訊測量功能作為額外付費的選件，但 Signal Hound 的頻譜分析軟體 Spike 已直接內建了相位雜訊測量功能（如圖4） 所示。

圖4- 精準的相位雜訊測量，經濟實惠即可實現！

Signal Hound SM200B 採用低中頻（Low-IF）架構設計，可實現卓越的相位雜訊性能，足以與更昂貴的頻譜分析儀媲美（如表 3 所示）。而Signal Hound SA44與BB60則採用較傳統的超外差（Superheterodyne）架構，以實現更適度的相位雜訊性能，但價格更為實惠。請注意，由於 SA44 所列數據為典型值，因其未設定相位噪聲的硬性規格。

表3 - 1 GHz載波的SSB相位雜訊。

SM200B的低中頻架構使其能以較低的設計成本實現優異的相位雜訊性能，但相對地，這需要在鏡像雜訊抑制上做出權衡。雖然其殘餘響應雜訊（Residual Response）與 MXA 相當，但鏡像雜訊抑制能力則遜於 MXA（＜ -74 dBc）。

Signal Hound 的 Spike軟體提供了「訊號識別（Signal ID）」功能，使用者可以開啟或關閉此功能，藉此區分低電平混頻器雜訊與真正的射頻（RF）輸入訊號（如表 4 所示）。在許多情況下，這能幫助判別雜訊是來自頻譜分析儀本身而非被測器件（DUT），進而在實際測量時忽略這些雜訊。至於採用更傳統超外差架構的 BB60C，其鏡像抑制表現通常為 -70 dBc，其雜散通常非源自鏡像響應。

表4 - SM200B 鏡像響應訊號識別（Signal ID）功能。

原因4－即時頻譜分析儀功能

對於許多現實世界中的訊號——從複雜調製的通訊訊號、干擾事件到脈衝式戰術訊號——訊號能量可能是呈現間歇性、非週期性甚至是隨機出現的。透過傳統的頻譜分析技術，幾乎不可能在分析視窗中「捕捉」並觸發這些訊號。

當前與未來的通訊調製技術正進一步增加挑戰，例如跳頻、擴頻、脈衝以及認知無線電（Cognitive Radio）等低截獲概率（LPI）技術。即時頻譜分析（RTSA）是一種利用重疊 FFT（快速傅立葉變換）和高速記憶體，在極其密集的環境中達成 100% 截獲概率（POI）的數位訊號處理方法。而「即時頻寬」則是提供無間隙重疊 FFT 處理的最大頻率跨度，是 RTSA 的一個重要參數，可對頻譜進行更詳盡的分析。「即時」不再意味著「昂貴」。Signal Hound 提供高達 160 MHz 的 RTSA 頻寬，能以12微秒的極速實現100%截獲率。然而，在許多情況下，您甚至不需要 160 MHz 的分析頻寬（如圖 5 所示）。舉例而言，如果您正在測試最大頻寬僅為 25 kHz 的設備（如汽車遙控鑰匙 Key Fob），您可能只需要按下按鈕，並確認中心頻率、頻寬和調製是否正確。表 5 重點列出了 Signal Hound 頻譜分析儀的即時分析能力。

圖5 - 即時分析中的殘影與瀑布圖顯示2.4 GHz ISM頻段佔用狀況。圖中呈現藍牙耳機與搜尋無線網路的手機所發射的訊號。

表5 -即時頻譜分析功能。

原因5－分析複雜訊號

無需額外付費即可分析複雜訊號！Signal Hound 的 Spike軟體內建完整訊號分析功能（圖 6）。我們的數位調變分析功能包括星座圖以及各類調變格式的符號表，例如 QPSK、BPSK、8PSK、π/4DQPSK、DQPSK 以及 QAM16/32/64/256等調變格式。

測量項目包括：誤差向量振幅 (EVM)、信噪比 (SNR)、調變錯誤率 (MER)、調變品質指標、線性補償（如載波偏移、I/Q 偏移）、振幅下降（線性振幅校正）、同步模式觸發以及眼圖。

圖6 -Signal Hound 的 Spike 軟體包含了一整套完整的數位調變分析功能。

額外的訊號分析功能包括相鄰通道功率比 (ACPR) 或相鄰通道洩漏比 (ACLR)、佔用頻寬 (OBW) 以及頻道功率測量。BB60C 提供的 27 MHz瞬時頻寬，可實現瞬態或連續寬頻訊號的即時OBW與 ACPR測量。對於需要更大瞬時頻寬的應用，SM200B可提供160 MHz。圖7 展示為ACPR的測量範例。

圖7 -相鄰通道功率比（ACPR）測量結果。

（註：圖7顯示BB60C與SM200B測量同一訊號的結果。）請注意，與 BB60C 相比SM200B 可達到低 22 dB 的雜訊底。若在某些較為嚴苛的 ACPR 量測應用中需要更高的動態範圍，SM200B 即可提供所需的量測效能。

原因6－你需要一台舊電腦嗎?

傳統上，測試儀器採用內建的 PC控制器。這些特殊的內部控制器電路板產量遠低於商用 PC，且通常由第三方供應商生產製造。由於屬於嵌入式設計，這些內部 PC的技術規格比同期的商用產品落後二到五代並不罕見。這往往意味著當頻譜分析儀上市時，其內部的 PC已經過時了。此外，這些內建 PC通常只有在更換儀器時才會隨之更新——意味著在儀器的生命週期結束時，使用者所使用的處理器速度會比當時主流 PC 慢上好幾代。使用最新一代的 PC，能讓您的測試設備整體效能更接近當前的技術標準。

再考量到傳統內部控制器的成本，從第三方供應商採購到最終交付給客戶的價格，其成本至少是商用產品的 4 倍。Signal Hound 以 USB 為基礎的測試儀器透過使用外部 PC 作為測量控制器，徹底解決此問題（圖 8）。這種具備成本效益的方法能節省不必要的開支，讓您可以將資金集中在購買具備卓越性能的頻譜分析儀上。使用自有 PC 控制測量的另一個優勢在於：所有蒐集的數據都儲存在您的 PC 中。您不再需要從測試儀器下載數據，也不必擔心數據遭誤刪。透過在 PC 上執行的 Signal Hound API 或 Spike 軟體，無論您身在何處，都能隨時查看數據。

圖8 -使用外接電腦可確保最佳效能，並讓您充分發揮既有投資，以獲得更高的頻譜

原因7－SWaP+C這就是您的最佳選擇

新一代系統在不斷縮減體積、重量、功耗與成本 (SWaP+C)的同時，正不斷突破性能的極限。即使在商業領域，為測試工程師提供可攜式的測試設備，也能帶來競爭優勢。對於正在尋求 SWaP+C 解決方案的客戶而言，Signal Hound 的產品是理想之選（表 6）。

表6 - Signal Hound 的 SWaP+C 參數。

總結

導入無線技術正逐漸成為我們許多工作的一部分。擁有一台能用於測試並將射頻（RF）設計整合至專案中的頻譜分析儀至關重要。Signal Hound 頻譜分析儀憑藉市面上最佳的性價比，提供無與倫比的價值。隨著以 PC 為基礎的頻譜分析儀成為主流，隨之而來的問題是：為什麼還要讓過去笨重且昂貴的頻譜分析儀，限制您的測試能力與產能？

Signal Hound 提供您所需的頻譜分析儀，確保您的產品獲得完善支援。別再實驗室裡排隊空等——現在，您在自己的辦公桌抽屜裡就能擁有專業的測試工具！

欲瞭解詳細資訊及購買資訊，請造訪 Signal Hound 官方網站 signalhound.com