頻譜分析儀精度參數(shù)設(shè)置探討

頻譜分析儀是日常無(wú)線電監(jiān)測(cè)、設(shè)備檢測(cè)工作最常用的儀器之一。無(wú)線電監(jiān)測(cè)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(lái)監(jiān)測(cè)無(wú)線電信號(hào)，并且能夠捕獲、分析弱信號(hào)。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(hào)的變化情況。本文以RS公司生產(chǎn)的FSP30頻譜分析儀為例，對(duì)與頻譜儀靈敏度相關(guān)的主要參數(shù)設(shè)置進(jìn)行試驗(yàn)、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(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波和衰減后，和本振信號(hào)進(jìn)入混頻器混頻轉(zhuǎn)換成中頻信號(hào)，經(jīng)放大后進(jìn)入中頻濾波器（中心頻率固定），然后進(jìn)入一個(gè)對(duì)數(shù)放大器，對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行壓縮，然后進(jìn)行包絡(luò)檢波，所得信號(hào)即視頻信號(hào)。因?yàn)楸菊耦l率可變，所以輸入信號(hào)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(guò)可調(diào)低通濾波器，即為視頻濾波；視頻信號(hào)在陰極射線管內(nèi)垂直偏轉(zhuǎn)，即顯示出為信號(hào)的幅度，同時(shí)，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(duì)應(yīng)于被測(cè)信號(hào)的頻率值，最終，被測(cè)信號(hào)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(duì)這幾個(gè)部分進(jìn)行試驗(yàn)，以便進(jìn)一步分析它們對(duì)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(duì)靈敏度的影響

一般地，衰減器有三方面作用：

（1）保護(hù)頻譜儀不受損壞：測(cè)量高電平信號(hào)時(shí)，為了不燒壞頻譜分析儀，必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減。

（2）提高測(cè)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(hào)電平較高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生許多產(chǎn)物，而且電平太高會(huì)干擾測(cè)試結(jié)果，使無(wú)互調(diào)范圍減小；當(dāng)輸入信號(hào)電平在混頻器1dB壓縮點(diǎn)以上時(shí)，測(cè)試結(jié)果將不準(zhǔn)確。

（3）提高頻譜儀動(dòng)態(tài)范圍：通過(guò)設(shè)置步進(jìn)衰減器調(diào)節(jié)進(jìn)入混頻器的電平，可以得到較大的動(dòng)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(duì)噪聲電平的影響

通過(guò)對(duì)頻譜分析儀衰減器的實(shí)驗(yàn)，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(jiàn)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(hào)不被噪聲淹沒(méi)。

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(gè)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(cè)頻譜帶寬，但為了提高測(cè)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(méi)雜散信號(hào)；RBW太小則導(dǎo)致掃描時(shí)間太長(zhǎng)。

屏幕顯示出來(lái)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(guò)對(duì)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(hào)不被噪聲淹沒(méi)。

2.3 視頻帶寬(VBW)設(shè)置

VBW反映的是頻譜分析儀接收機(jī)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(hào)測(cè)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(hào)；在其他設(shè)置不改變的情況下，減小VBW，頻譜儀掃描時(shí)間會(huì)增加，其測(cè)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