淺談提高頻譜分析儀靈敏度的有效途徑

在日常無(wú)線(xiàn)電監測和干擾排查中，我站最常用、最主要的儀器設備是頻譜分析儀，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，當信號弱、難以捕捉時(shí)，就必須想方設法提高該儀器的靈敏度。筆者在多年實(shí)際監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，現在此作以簡(jiǎn)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(gè)信號調諧時(shí)，便描繪出它的中頻濾波器的響應曲線(xiàn)形狀。因此，若兩個(gè)等幅信號的頻率十分靠近，則兩個(gè)信號濾波響應曲線(xiàn)的頂部可能相互重迭，表現為單一響應。若兩個(gè)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，因而出現測量誤差。所以，對于兩個(gè)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(guò)多年工作積累，筆者總結了一個(gè)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。如果要區分兩個(gè)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(gè)信號的頻率間隔，在實(shí)際工作中分辨率帶寬RBW設置要盡可能小。因此在實(shí)際利用頻譜分析儀測試中可以通過(guò)減小分辨率帶寬RBW來(lái)提高頻譜分析儀的靈敏

度。例如在監測FM廣播99.5 MHz～102.5 MHz頻段時(shí)，當RBW設置為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交通生活廣播)，f3=102.1 MHz(江西吉安人民廣播電臺)三個(gè)廣播信號全部清晰地監測出來(lái)了(如圖1所示)。但當分辨率帶寬RBW設置為300 kHz時(shí)(其它參數不變)，f2信號則被淹沒(méi)在f1信號當中(見(jiàn)圖2)，將給監測帶來(lái)了很大的誤差。

(2)視頻帶寬設置盡可能小

頻譜儀顯示的譜線(xiàn)是信號加噪聲，因此當信號接近噪聲電平時(shí)，附加的噪聲疊加在掃描線(xiàn)上，致使難以讀取信號。根據多年監測經(jīng)驗發(fā)現：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。例如在監測DS-9頻道江西衛視伴音(198.750 MHz)時(shí)，當視頻帶寬VBW設置為100 kHz時(shí)，伴音信號被淹沒(méi)在噪聲中，從而無(wú)法正常監聽(tīng)(見(jiàn)圖3)。減小VBW為3 kHz時(shí)(其它參數不變)，伴音信號顯示出來(lái)了，監聽(tīng)正常(見(jiàn)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(huì )隨衰減器衰減值的增加而下降，這是因為每當衰減降低加到檢波器的信號電平10 dB時(shí)，中放(IF)增益同時(shí)增加10 dB來(lái)補償這個(gè)損失，其結果是儀表顯示的信號幅度保持不變，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)對頻譜分析儀的多年操作總結了一個(gè)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(guò)將衰減設置得盡可能小來(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)用頻譜儀對江西706電視臺轉播江西衛視節目進(jìn)行監測時(shí)，當衰減ATTEN設置為10 dB時(shí)，DS-9頻道 (江西衛視)伴音信號被淹沒(méi)在噪聲中(見(jiàn)圖5)，無(wú)法正常監聽(tīng)江西衛視伴音。當衰減ATTEN設置為0 dB時(shí)，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(lái)了(見(jiàn)圖6)，因而能夠正常監聽(tīng)伴音信號，提高監聽(tīng)監測的準確度。

(4)激活前置放大器

筆者通過(guò)實(shí)際監測實(shí)踐發(fā)現，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)接收到的信號強度包含了放大器的增益，因此在計算信號的實(shí)際強度時(shí)，需要將天線(xiàn)增益、放大器增益以及監測系統的其它增益或損耗均排除掉，才能夠得到信號的實(shí)際強度。

通過(guò)以上分析可以發(fā)現:當頻譜儀的分辨率帶寬、衰減器、視頻帶寬設置過(guò)大時(shí)都會(huì )給監測及信號分析帶來(lái)很大的誤差。但是這些參數的調整不是無(wú)限制的，因為某個(gè)參數的調整可能會(huì )對其它參數產(chǎn)生影響。例如，較小的分辨帶寬會(huì )大大增加測量時(shí)間;0 dB輸入衰減會(huì )增加輸入駐波比，降低測量精度;增加前置放大器會(huì )影響頻譜儀動(dòng)態(tài)范圍指標。因此在實(shí)際監測過(guò)程中一定要對參數進(jìn)行合理的設置，既要達到監測結果準確，又要保證監測的效率。