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          淺談提高頻譜分析儀靈敏度的途徑

          作者: 時(shí)間:2008-05-26 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            在日常無(wú)線電監(jiān)測(cè)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、分析有用及干擾,當(dāng)弱、難以捕捉時(shí),就必須想方設(shè)法提高該儀器的靈敏度。筆者在多年實(shí)際監(jiān)測(cè)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(jiǎn)單介紹。

            (1)減小分辨率帶寬

            信號(hào)分辨率由(IF)器帶寬決定。頻譜分析儀在對(duì)某個(gè)信號(hào)時(shí),便描繪出它的器的曲線形狀。因此,若兩個(gè)等幅信號(hào)的頻率十分靠近,則兩個(gè)信號(hào)曲線的頂部可能相互重迭,表現(xiàn)為單一。若兩個(gè)信號(hào)的幅度不等,但仍靠在一起,則較小的信號(hào)可能隱藏在較大的信號(hào)之下,因而出現(xiàn)測(cè)量誤差。所以,對(duì)于兩個(gè)相近的信號(hào),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(guò)多年工作積累,筆者總結(jié)了一個(gè)經(jīng)驗(yàn),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(gè)靠近的信號(hào),理論上分辨率帶寬RBW必須小于或等于待分辨的兩個(gè)信號(hào)的頻率間隔,在實(shí)際工作中分辨率帶寬RBW設(shè)置要盡可能小。因此在實(shí)際利用頻譜分析儀測(cè)試中可以通過(guò)減小分辨率帶寬RBW來(lái)提高頻譜分析儀的靈敏 度。例如在監(jiān)測(cè)FM廣播99.5 MHz~102.5 MHz頻段時(shí),當(dāng)RBW設(shè)置為100 kHz時(shí),該頻段的f1=100.6 MHz(江西吉安交通娛樂(lè)廣播),f2=101.1 MHz(江西宜春人民廣播電臺(tái)交通生活廣播),f3=102.1 MHz(江西吉安人民廣播電臺(tái))三個(gè)廣播信號(hào)全部清晰地監(jiān)測(cè)出來(lái)了(如圖1所示)。但當(dāng)分辨率帶寬RBW設(shè)置為300 kHz時(shí)(其它參數(shù)不變),f2信號(hào)則被淹沒(méi)在f1信號(hào)當(dāng)中(見(jiàn)圖2),將給監(jiān)測(cè)帶來(lái)了很大的誤差。

          rbw為100khz檢測(cè)頻譜圖

          rbw為300khz檢測(cè)頻譜圖

            (2)視頻帶寬設(shè)置盡可能小

            頻譜儀顯示的譜線是信號(hào)加噪聲,因此當(dāng)信號(hào)接近噪聲電平時(shí),附加的噪聲疊加在掃描線上,致使難以讀取信號(hào)。根據(jù)多年監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):檢波前的噪聲可以通過(guò)較窄的分辨帶寬來(lái)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(guò)窄帶視頻濾波器來(lái)平滑減少噪聲波動(dòng),因此可以通過(guò)減小視頻帶寬來(lái)提高頻譜儀的靈敏度。例如在監(jiān)測(cè)DS-9頻道江西衛(wèi)視伴音(198.750 MHz)時(shí),當(dāng)視頻帶寬VBW設(shè)置為100 kHz時(shí),伴音信號(hào)被淹沒(méi)在噪聲中,從而無(wú)法正常監(jiān)聽(tīng)(見(jiàn)圖3)。減小VBW為3 kHz時(shí)(其它參數(shù)不變),伴音信號(hào)顯示出來(lái)了,監(jiān)聽(tīng)正常(見(jiàn)圖4)。

          vbw為100khz檢測(cè)頻譜圖
          vbw為300khz檢測(cè)頻譜圖

          (3)減小衰減器的衰減值

            頻譜分析儀的輸入信號(hào)電平不會(huì)隨衰減器衰減值的增加而下降,這是因?yàn)槊慨?dāng)衰減降低加到檢波器的信號(hào)電平10 dB時(shí),中放(IF)增益同時(shí)增加10 dB來(lái)補(bǔ)償這個(gè)損失,其結(jié)果是儀表顯示的信號(hào)幅度保持不變,但底噪電平將會(huì)隨衰減器衰減量的變化而變化。筆者通過(guò)對(duì)頻譜分析儀的多年操作總結(jié)了一個(gè)經(jīng)驗(yàn),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(guò)將衰減設(shè)置得盡可能小來(lái)提高頻譜分析儀的靈敏度,以便降低噪聲電平,使得信號(hào)不被噪聲淹沒(méi)。例如2006年3月6日筆者在“兩會(huì)”期間值班時(shí)重點(diǎn)用頻譜儀對(duì)江西706電視臺(tái)轉(zhuǎn)播江西衛(wèi)視節(jié)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí),當(dāng)衰減ATTEN設(shè)置為10 dB時(shí),DS-9頻道 (江西衛(wèi)視)伴音信號(hào)被淹沒(méi)在噪聲中(見(jiàn)圖5),無(wú)法正常監(jiān)聽(tīng)江西衛(wèi)視伴音。當(dāng)衰減ATTEN設(shè)置為0 dB時(shí),噪聲電平降底了10 dB(信號(hào)電平?jīng)]有隨之減小),伴音信號(hào)則從噪聲中分辨出來(lái)了(見(jiàn)圖6),因而能夠正常監(jiān)聽(tīng)伴音信號(hào),提高監(jiān)聽(tīng)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度。

            

          衰減10db檢測(cè)頻譜圖


          衰減0db檢測(cè)頻譜圖

           ?。?)激活前置放大器

            筆者通過(guò)實(shí)際監(jiān)測(cè)實(shí)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(shí)接收到的信號(hào)強(qiáng)度包含了放大器的增益,因此在計(jì)算信號(hào)的實(shí)際強(qiáng)度時(shí),需要將天線增益、放大器增益以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的其它增益或損耗均排除掉,才能夠得到信號(hào)的實(shí)際強(qiáng)度。

            通過(guò)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(guò)大時(shí)都會(huì)給監(jiān)測(cè)及信號(hào)分析帶來(lái)很大的誤差。但是這些參數(shù)的調(diào)整不是無(wú)限制的,因?yàn)槟硞€(gè)參數(shù)的調(diào)整可能會(huì)對(duì)其它參數(shù)產(chǎn)生影響。例如,較小的分辨帶寬會(huì)大大增加測(cè)量時(shí)間;0 dB輸入衰減會(huì)增加輸入駐波比,降低測(cè)量精度;增加前置放大器會(huì)影響頻譜儀動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)。因此在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中一定要對(duì)參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)置,既要達(dá)到監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確,又要保證監(jiān)測(cè)的效率。



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