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2008年8月20日 作者:sipu [返回]
频谱分析仪精度参数的设置探讨

频谱分析仪是日常无线电监测、设备检测工作最常用的仪器之一。无线电监测人员可以利用频谱分析仪和相关的天线、馈线、放大器以及配套设备,来监测无线电信号,并且能够捕获、分析弱信号。而频谱仪灵敏度的提高可以使频谱仪更有效、更直接地反映信号的变化情况。本文以R&S公司生产的FSP30频谱分析仪为例,对与频谱仪灵敏度相关的主要参数设置进行试验、分析。

1、 频谱分析仪的基本构造和原理

 

                     图1 频谱分析仪的基本构造

        图1为频谱分析仪的基本构造。被测信号经过滤波和衰减后,和本振信号进入混频器混频转换成中频信号,经放大后进入中频滤波器(中心频率固定),然后进入一个对数放大器,对中频信号进行压缩,然后进行包络检波,所得信号即视频信号。因为本振频率可变,所以输入信号都可以被转换成固定中频。为了平滑显示,在包络检波之前通过可调低通滤波器,即为视频滤波;视频信号在阴极射线管内垂直偏转,即显示出为信号的幅度,同时,由于显示的频率值是扫频发生器电压值的函数,所以对应于被测信号的频率值,最终,被测信号的信息显示在LCD上。

        从图1可以看出,影响频谱分析仪灵敏度的关键器件是衰减器、放大器、中频滤波器以及视频放大器。本文将针对这几个部分进行试验,以便进一步分析它们对频谱分析仪灵敏度的影响程度。

2 、提高频谱仪灵敏度的方法

2.1 衰减器(Att)设置对灵敏度的影响

一般地,衰减器有三方面作用:

(1)保护频谱仪不受损坏:测量高电平信号时,为了不烧坏频谱分析仪,必须对信号进行衰减。

(2)提高测试的准确性:混频器是非线性器件,当输入混频器的信号电平较高时,会产生许多产物,而且电平太高会干扰测试结果,使无互调范围减小;当输入信号电平在混频器1dB压缩点以上时,测试结果将不准确。

(3)提高频谱仪动态范围:通过设置步进衰减器调节进入混频器的电平,可以得到较大的动态范围。

      图2、图3分别是衰减器设置为20dB和10dB的频谱分析图形。

 


 
                     图2 衰减器设置为20dB的频谱分析图形

 

   图3 衰减器设置为10dB的频谱分析图形
 


图4 RF输入衰减对噪声电平的影响

        通过对频谱分析仪衰减器的实验,可以得出以下结论:在一定条件下,衰减器衰减量每增加10dB,频谱仪显示噪声电平提高10dB(见图4)。因此,要提高频谱分析仪的灵敏度需要将衰减设置得尽可能小,以降低噪声电平的值,使得信号不被噪声淹没。

2.2 分辨率带宽(RBW)设置

        在频谱分析仪中,频率分辨率是一个非常重要的概念。它是由中频滤波器的带宽所决定的。通常情况下,RBW等于被测频谱带宽,但为了提高测量精确性、灵敏度和效率,RBW也可以不同于频谱带宽。RBW太大将淹没杂散信号;RBW太小则导致扫描时间太长。

        屏幕显示出来的噪声电平和分辨率带宽之间的关系是:噪声电平变化(dB)=10lg(分辨率带宽2/分辨率带宽1)。

        图5所示为RBW在不同参数设置下的频谱分析图形。

 

  图5(a) RBW:30kHz VBW:100kHz SWT:2.5ms


 
  图5(b) RBW:300kHz VBW:100kHz SWT:2.5ms

 

 

图5(c)RBW在不同参数设置下的频谱分析图形

        通过对频谱分析仪RBW的操作,可以得出以下结论:在一定条件下,分辨率带宽每增加10倍,频谱仪显示噪声电平提高10倍。因此,提高频谱分析仪的灵敏度需要将分辨率带宽设置得尽可能小,以降低噪声电平的值,使得信号不被噪声淹没。

2.3 视频带宽(VBW)设置

        VBW反映的是频谱分析仪接收机中位于包络检波器之后的视频滤波器的带宽。改变VBW的设置,可以减小噪声峰值的变化量,提高较低信噪比信号测量的分辨率和复现率,更容易发现隐藏在噪声中的小信号;在其他设置不改变的情况下,减小VBW,频谱仪扫描时间会增加,其测试曲线更加光滑。

        图6分别是VBW在不同参数设置下的频谱分析图形。

 

  图6(a) RBW:30KHz VBW:300KHz SWT:2.5ms

 

 图6(b) RBW:30KHz VBW:30KHz SWT:2.5ms

 

图6(c)VBW在不同参数设置下的频谱分析图形

        通过对频谱分析仪VBW的实验,可以得出以下结论:在一定条件下,视频滤波器不会降低平均噪声电平,但能减少噪声的峰值电平,通过减小视频滤波器带宽能暴露出用较宽视频滤波器不能看到的低电平信号,从而使得信号不被噪声淹没。

2.4 前置放大器的选择

        前置放大器可分为内部放大器和外部放大器两种,其作用是更有效地捕获弱小信号。当监测卫星发射的下行链路信号时,需要加前置放大器,因为卫星发射的信号传播到地面需要经过很长的路径,使得信号传播的损耗就很大,信号到达地面后,将变得非常微弱,如果没有放大器,就很难捕捉到。外部前置放大器可根据要监测的频率范围,选择相应的放大器,放大器的增益要足够大,以便进行监测。

3、结束语

        本文介绍的四个试验都是提高频谱仪灵敏度的技术手段,但这并不能将频谱议的灵敏度无限制地提高。因为每个参数均有一定的工作范围,并且,某个参数的调整可能会对其他参数产生影响。除此之外,选择合理的检波方式、扫描时间等也能够提高频谱仪灵敏度。

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