淺談提高頻譜分析儀靈敏度的有效途徑

在日常無線電監(jiān)測和干擾排查中，我站最常用、最主要的儀器設(shè)備是頻譜分析儀，技術(shù)人員經(jīng)常要利用該儀器捕捉、分析有用信號及干擾信號，當(dāng)信號弱、難以捕捉時，就必須想方設(shè)法提高該儀器的靈敏度。筆者在多年實際監(jiān)測工作中就如何提高頻譜儀的靈敏度找到了幾條可行途徑，現(xiàn)在此作以簡單介紹。

(1)減小分辨率帶寬

信號分辨率由中頻(IF)濾波器帶寬決定。頻譜分析儀在對某個信號調(diào)諧時，便描繪出它的中頻濾波器的響應(yīng)曲線形狀。因此，若兩個等幅信號的頻率十分靠近，則兩個信號濾波響應(yīng)曲線的頂部可能相互重迭，表現(xiàn)為單一響應(yīng)。若兩個信號的幅度不等，但仍靠在一起，則較小的信號可能隱藏在較大的信號之下，因而出現(xiàn)測量誤差。所以，對于兩個相近的信號，頻譜儀的分辨力取決于濾波器的帶寬，即取決于分辨率帶寬RBW。 通過多年工作積累，筆者總結(jié)了一個經(jīng)驗，即分辨率帶寬每增加10倍，頻譜儀顯示噪聲電平便提高10倍。如果要區(qū)分兩個靠近的信號，理論上分辨率帶寬RBW必須小于或等于待分辨的兩個信號的頻率間隔，在實際工作中分辨率帶寬RBW設(shè)置要盡可能小。因此在實際利用頻譜分析儀測試中可以通過減小分辨率帶寬RBW來提高頻譜分析儀的靈敏

度。例如在監(jiān)測FM廣播99.5 MHz～102.5 MHz頻段時，當(dāng)RBW設(shè)置為100 kHz時，該頻段的f1=100.6 MHz(江西吉安交通娛樂廣播)，f2=101.1 MHz(江西宜春人民廣播電臺交通生活廣播)，f3=102.1 MHz(江西吉安人民廣播電臺)三個廣播信號全部清晰地監(jiān)測出來了(如圖1所示)。但當(dāng)分辨率帶寬RBW設(shè)置為300 kHz時(其它參數(shù)不變)，f2信號則被淹沒在f1信號當(dāng)中(見圖2)，將給監(jiān)測帶來了很大的誤差。

(2)視頻帶寬設(shè)置盡可能小

頻譜儀顯示的譜線是信號加噪聲，因此當(dāng)信號接近噪聲電平時，附加的噪聲疊加在掃描線上，致使難以讀取信號。根據(jù)多年監(jiān)測經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)：檢波前的噪聲可以通過較窄的分辨帶寬來降低，從而降低檢波器的噪聲輸出電平;檢波后的噪聲則通過窄帶視頻濾波器來平滑減少噪聲波動，因此可以通過減小視頻帶寬來提高頻譜儀的靈敏度。例如在監(jiān)測DS-9頻道江西衛(wèi)視伴音(198.750 MHz)時，當(dāng)視頻帶寬VBW設(shè)置為100 kHz時，伴音信號被淹沒在噪聲中，從而無法正常監(jiān)聽(見圖3)。減小VBW為3 kHz時(其它參數(shù)不變)，伴音信號顯示出來了，監(jiān)聽正常(見圖4)。

(3)減小衰減器的衰減值

頻譜分析儀的輸入信號電平不會隨衰減器衰減值的增加而下降，這是因為每當(dāng)衰減降低加到檢波器的信號電平10 dB時，中放(IF)增益同時增加10 dB來補(bǔ)償這個損失，其結(jié)果是儀表顯示的信號幅度保持不變，但底噪電平將會隨衰減器衰減量的變化而變化。筆者通過對頻譜分析儀的多年操作總結(jié)了一個經(jīng)驗，即衰減器衰減量每增加10 dB，頻譜儀底噪電平便提高10 dB。因此可以通過將衰減設(shè)置得盡可能小來提高頻譜分析儀的靈敏度，以便降低噪聲電平，使得信號不被噪聲淹沒。例如2006年3月6日筆者在兩會期間值班時重點(diǎn)用頻譜儀對江西706電視臺轉(zhuǎn)播江西衛(wèi)視節(jié)目進(jìn)行監(jiān)測時，當(dāng)衰減ATTEN設(shè)置為10 dB時，DS-9頻道 (江西衛(wèi)視)伴音信號被淹沒在噪聲中(見圖5)，無法正常監(jiān)聽江西衛(wèi)視伴音。當(dāng)衰減ATTEN設(shè)置為0 dB時，噪聲電平降底了10 dB(信號電平?jīng)]有隨之減小),伴音信號則從噪聲中分辨出來了(見圖6)，因而能夠正常監(jiān)聽伴音信號，提高監(jiān)聽監(jiān)測的準(zhǔn)確度。

(4)激活前置放大器

筆者通過實際監(jiān)測實踐發(fā)現(xiàn)，激活前置放大器也能夠明顯地提高頻譜儀靈敏度、改善接收效果，但此時接收到的信號強(qiáng)度包含了放大器的增益，因此在計算信號的實際強(qiáng)度時，需要將天線增益、放大器增益以及監(jiān)測系統(tǒng)的其它增益或損耗均排除掉，才能夠得到信號的實際強(qiáng)度。

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn):當(dāng)頻譜儀的分辨率帶寬、衰減器、視頻帶寬設(shè)置過大時都會給監(jiān)測及信號分析帶來很大的誤差。但是這些參數(shù)的調(diào)整不是無限制的，因為某個參數(shù)的調(diào)整可能會對其它參數(shù)產(chǎn)生影響。例如，較小的分辨帶寬會大大增加測量時間;0 dB輸入衰減會增加輸入駐波比，降低測量精度;增加前置放大器會影響頻譜儀動態(tài)范圍指標(biāo)。因此在實際監(jiān)測過程中一定要對參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)置，既要達(dá)到監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確，又要保證監(jiān)測的效率。