頻譜分析儀精度參數(shù)設(shè)置探討

頻譜分析儀是日常無線電監(jiān)測、設(shè)備檢測工作最常用的儀器之一。無線電監(jiān)測人員可以利用頻譜分析儀和相關(guān)的天線、饋線、放大器以及配套設(shè)備，來監(jiān)測無線電信號，并且能夠捕獲、分析弱信號。而頻譜儀靈敏度的提高可以使頻譜儀更有效、更直接地反映信號的變化情況。本文以R&S公司生產(chǎn)的FSP30頻譜分析儀為例，對與頻譜儀靈敏度相關(guān)的主要參數(shù)設(shè)置進行試驗、分析。

1、 頻譜分析儀的基本構(gòu)造和原理

圖1 頻譜分析儀的基本構(gòu)造

圖1為頻譜分析儀的基本構(gòu)造。被測信號經(jīng)過濾波和衰減后，和本振信號進入混頻器混頻轉(zhuǎn)換成中頻信號，經(jīng)放大后進入中頻濾波器（中心頻率固定），然后進入一個對數(shù)放大器，對中頻信號進行壓縮，然后進行包絡(luò)檢波，所得信號即視頻信號。因為本振頻率可變，所以輸入信號都可以被轉(zhuǎn)換成固定中頻。為了平滑顯示，在包絡(luò)檢波之前通過可調(diào)低通濾波器，即為視頻濾波；視頻信號在陰極射線管內(nèi)垂直偏轉(zhuǎn)，即顯示出為信號的幅度，同時，由于顯示的頻率值是掃頻發(fā)生器電壓值的函數(shù)，所以對應(yīng)于被測信號的頻率值，最終，被測信號的信息顯示在LCD上。

從圖1可以看出，影響頻譜分析儀靈敏度的關(guān)鍵器件是衰減器、放大器、中頻濾波器以及視頻放大器。本文將針對這幾個部分進行試驗，以便進一步分析它們對頻譜分析儀靈敏度的影響程度。

2 、提高頻譜儀靈敏度的方法

2.1 衰減器（Att）設(shè)置對靈敏度的影響

一般地，衰減器有三方面作用：

（1）保護頻譜儀不受損壞：測量高電平信號時，為了不燒壞頻譜分析儀，必須對信號進行衰減。

（2）提高測試的準(zhǔn)確性：混頻器是非線性器件，當(dāng)輸入混頻器的信號電平較高時，會產(chǎn)生許多產(chǎn)物，而且電平太高會干擾測試結(jié)果，使無互調(diào)范圍減��；當(dāng)輸入信號電平在混頻器1dB壓縮點以上時，測試結(jié)果將不準(zhǔn)確。

（3）提高頻譜儀動態(tài)范圍：通過設(shè)置步進衰減器調(diào)節(jié)進入混頻器的電平，可以得到較大的動態(tài)范圍。

圖2、圖3分別是衰減器設(shè)置為20dB和10dB的頻譜分析圖形。

圖2 衰減器設(shè)置為20dB的頻譜分析圖形

圖3 衰減器設(shè)置為10dB的頻譜分析圖形

圖4 RF輸入衰減對噪聲電平的影響

通過對頻譜分析儀衰減器的實驗，可以得出以下結(jié)論：在一定條件下，衰減器衰減量每增加10dB，頻譜儀顯示噪聲電平提高10dB(見圖4)。因此，要提高頻譜分析儀的靈敏度需要將衰減設(shè)置得盡可能小，以降低噪聲電平的值，使得信號不被噪聲淹沒。

2.2 分辨率帶寬（RBW）設(shè)置

在頻譜分析儀中，頻率分辨率是一個非常重要的概念。它是由中頻濾波器的帶寬所決定的。通常情況下，RBW等于被測頻譜帶寬，但為了提高測量精確性、靈敏度和效率，RBW也可以不同于頻譜帶寬。RBW太大將淹沒雜散信號；RBW太小則導(dǎo)致掃描時間太長。

屏幕顯示出來的噪聲電平和分辨率帶寬之間的關(guān)系是：噪聲電平變化（dB）=10lg（分辨率帶寬2/分辨率帶寬1）。

圖5所示為RBW在不同參數(shù)設(shè)置下的頻譜分析圖形。

圖5（a） RBW:30kHz VBW:100kHz SWT:2.5ms

圖5（b） RBW:300kHz VBW:100kHz SWT:2.5ms

圖5（c）RBW在不同參數(shù)設(shè)置下的頻譜分析圖形

通過對頻譜分析儀RBW的操作，可以得出以下結(jié)論：在一定條件下，分辨率帶寬每增加10倍，頻譜儀顯示噪聲電平提高10倍。因此，提高頻譜分析儀的靈敏度需要將分辨率帶寬設(shè)置得盡可能小，以降低噪聲電平的值，使得信號不被噪聲淹沒。

2.3 視頻帶寬(VBW)設(shè)置

VBW反映的是頻譜分析儀接收機中位于包絡(luò)檢波器之后的視頻濾波器的帶寬。改變VBW的設(shè)置，可以減小噪聲峰值的變化量，提高較低信噪比信號測量的分辨率和復(fù)現(xiàn)率，更容易發(fā)現(xiàn)隱藏在噪聲中的小信號；在其他設(shè)置不改變的情況下，減小VBW，頻譜儀掃描時間會增加，其測試曲線更加光滑。

圖6分別是VBW在不同參數(shù)設(shè)置下的頻譜分析圖形。

圖6（a） RBW:30KHz VBW:300KHz SWT:2.5ms

圖6（b） RBW:30KHz VBW:30KHz SWT:2.5ms

圖6（c）VBW在不同參數(shù)設(shè)置下的頻譜分析圖形

通過對頻譜分析儀VBW的實驗，可以得出以下結(jié)論：在一定條件下，視頻濾波器不會降低平均噪聲電平，但能減少噪聲的峰值電平，通過減小視頻濾波器帶寬能暴露出用較寬視頻濾波器不能看到的低電平信號，從而使得信號不被噪聲淹沒。

2.4 前置放大器的選擇

前置放大器可分為內(nèi)部放大器和外部放大器兩種，其作用是更有效地捕獲弱小信號。當(dāng)監(jiān)測衛(wèi)星發(fā)射的下行鏈路信號時，需要加前置放大器，因為衛(wèi)星發(fā)射的信號傳播到地面需要經(jīng)過很長的路徑，使得信號傳播的損耗就很大，信號到達地面后，將變得非常微弱，如果沒有放大器，就很難捕捉到。外部前置放大器可根據(jù)要監(jiān)測的頻率范圍，選擇相應(yīng)的放大器，放大器的增益要足夠大，以便進行監(jiān)測。

3、結(jié)束語

本文介紹的四個試驗都是提高頻譜儀靈敏度的技術(shù)手段，但這并不能將頻譜議的靈敏度無限制地提高。因為每個參數(shù)均有一定的工作范圍，并且，某個參數(shù)的調(diào)整可能會對其他參數(shù)產(chǎn)生影響。除此之外，選擇合理的檢波方式、掃描時間等也能夠提高頻譜儀靈敏度。