淺談提高頻譜分析儀靈敏度的有效途徑

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、分析有用信號(hào)及干擾信號(hào)，當(dāng)信號(hào)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)分辨率由中頻(IF)濾波器帶寬決定。頻譜分析儀在對(duì)某個(gè)信號(hào)調(diào)諧時(shí)，便描繪出它的中頻濾波器的響應(yīng)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)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(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。

(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)。

(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)電平沒(méi)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。

(4)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。