频谱分析仪的灵敏度表征了其测量低电平信号的能力。灵敏度受到频谱分析仪自身内部所产生噪声底的限制。频谱分析仪的射频输入衰减器和分辨带宽直接影响频谱分析仪的灵敏度。频谱分析仪的射频输入衰减越小,其灵敏度越高(一般频谱分析仪的最小射频输入衰减为0 dB);频谱分析仪的分辨带宽越窄,其灵敏度越高。显然,通过提高频谱分析仪的灵敏度,就可以改善低电平信号的测量精度。视频带宽和视频平均虽然不影响频谱分析仪的灵敏度,但它能使低电平信号更易测量,减小噪声对低电平信号测量的影响,从而提高了低电平信号的测量精度。下面通过测试实例来说明通过合理设置频谱分析仪的状态参数,来改善和提高低电平信号的测量精度的方法。
1)利用分辨带宽测量低电平信号
减小频谱分析仪的分辨带宽可以提高频谱分析仪的灵敏度,从而提高低电平信号的测量精度。在相同条件下,分辨带宽为1 kHz的频谱分析仪比分辨带宽为10 kHz的频谱分析仪灵敏度高10 dB。如图4-45所示为分辨带宽等于10 kHz时的低电平信号测量结果;由两个图形比较可知,减小频谱分析仪的分辨带宽,可以提高频谱分析仪的灵敏度,从而提高了低电平信号的测量精度。
分析仪产生的噪声是随机的并且在宽频率范围内保持恒定的幅度。因为分辨率(或称中频)带宽滤波器位于第一增益级之后,通过滤波器的总噪声功率由滤波器的带宽决定。该噪声信号被检测并最终显示出来。噪声信号的随机属性使得显示电平按下列规律变化:10log(BW 2/BW 1)。式中BW 1为起始分辨率带宽,BW 2为终止分辨率带宽。所以如果将分辨率带宽改变10倍,显示的噪声电平会改变10 dB,如图4-46所示。对于连续波信号,使用频谱分析仪所提供的最小的分辨率带宽将会获得最佳信噪比或灵敏度。
2)利用视频带宽测量低电平信号
视频带宽是视频滤波器带宽,它不影响频谱分析仪的灵敏度,但视频带宽在噪声测量和低电平信号测量中是很有用的。视频滤波器是后置滤波器,可以平均随机噪声,平滑所测量的显示迹线。当频谱分析仪测量的低电平信号接近频谱分析仪的本底噪声电平时,低电平信号将会被噪声淹没,这时将视频滤波器带宽变窄来平滑噪声,就可以改善低电平信号测量的可见度。
图4-45 分辨带宽等于10 kHz时的低电平信号测量结果(www.xing528.com)
图4-46 显示的噪声电平按照10log(BW2/BW1)变化
如图4-47所示为频谱分析仪视频带宽VBW=1 kHz时的低电平信号测量结果;如图4-48所示为视频带宽VBW=10 Hz时的低电平信号测量结果。比较低电平信号测量结果两个图形可知,减小频谱分析仪的视频带宽,减小了随机噪声对低电平信号测量的影响,平滑了随机噪声,从而改善低电平信号的测量精度。但要注意的是:当减小频谱分析仪视频带宽时,频谱分析仪的屏幕应不出现测量不准的信息。在频谱分析仪测量过程中,频谱分析仪的分辨带宽、扫描时间、扫频带宽和视频带宽均应设置合理,以保证测量信号的精度。
图4-47 VBW=1 kHz时的低电平信号测量结果
图4-48 VBW=10 Hz时的低电平信号测量结果
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