怎么用頻譜儀測量微弱信號 – RBW篇

頻譜分析儀的主要用途之一是搜索和測量微弱電平信號。這種測量的最終限制是頻譜儀自身產(chǎn)生的噪聲。這些由各種電路元件的隨機電子運動產(chǎn)生的噪聲經(jīng)過分析儀多級增益的放大最后作為噪聲信號出現(xiàn)在顯示屏上。

該噪聲在頻譜分析儀里通常稱為顯示平均噪聲電平 (Displayed Average Noise Level，DANL )，也俗稱為頻譜儀的底噪或者靈敏度。

雖然使用一些技術(shù)可以測量略微低于DANL 的信號，但是 DANL 始終限制著我們測量低電平信號的能力。事實上，如果一個輸入信號接近于DANL的話，頻譜儀對該信號的測量結(jié)果為DANL+2.1~2.2 dB。如下圖所示。

RBW，學(xué)名分辨率帶，一般指頻譜分析儀中頻濾波器的3 dB帶寬，是頻譜分析儀一個非常重要的測試參數(shù)。

RBW(Resolution Bandwidth)代表兩個不同頻率的信號能夠被清楚的分辨出來的最低頻寬差異，兩個不同頻率的信號頻寬如低于頻譜分析儀的RBW，此時該兩信號將重疊，難以分辨。較低的RBW固然有助于不同頻率信號的分辨與測量，但是低的RBW將濾除較高頻率的信號成份，導(dǎo)致信號顯示時產(chǎn)生失真。失真值與設(shè)定的RBW密切相關(guān)，較高的RBW固然有助于寬頻帶信號的偵測，但是這將增加噪底(Noise Floor)，降低量測靈敏度，對于偵測低強度的信號易產(chǎn)生阻礙。因此適當(dāng)?shù)腞BW寬度是正確使用頻譜分析儀的重要參數(shù)。

調(diào)整RBW而信號振幅并無產(chǎn)生明顯的變化，此時之RBW帶寬即可加以采用。

較寬的RBW較能充分地反應(yīng)輸入信號頻譜的波形與振幅，但較低的RBW將能區(qū)別不同頻率的信號。也就是說RBW代表兩個不同頻率的信號能夠被清楚的分辨出來的最低帶寬差異，兩個不同頻率的信號帶寬如低于頻譜分析儀的RBW，此時該兩信號將重迭，難以分辨，較低的RBW固然有助于不同頻率信號的分辨與量測，低的RBW將濾除較高頻率的信號成份，導(dǎo)致信號顯示時產(chǎn)生失真，失真值與設(shè)定的RBW密切相關(guān)，較高的RBW固然有助于寬帶帶信號的偵測，將增加噪聲底層值(Noise Floor)，降低量測靈敏度，對于偵測低強度的信號易產(chǎn)生阻礙。

下面這幅圖解釋了不同RBW對靈敏度的影響：

如果還是不夠理解，可以看下面這幅圖，更加形象：

RBW也會影響信噪比或靈敏度。這是因為頻譜儀自身產(chǎn)生的噪聲是隨機的并且在較寬頻率范圍內(nèi)保持了恒定的幅度，因此，通過濾波器的總噪聲功率由濾波器的帶寬決定。

所以如果將分辨率帶寬改變 10 倍，顯示的噪聲電平會改變 10 dB，如下圖所示。

對于連續(xù)波(正弦波)信號，使用頻譜分析儀所提供的最小的分辨率帶寬將會獲得最佳信噪比或靈敏度2。但需要注意的是，降低分辨率帶寬會延長掃描時間。

怎么用頻譜儀測量微弱信號 – 輸入衰減器篇

這一篇我們談一談輸入衰減

衰減器是在指定的頻率范圍內(nèi)，一種用以引入一預(yù)定衰減的電路。一般以所引入衰減的分貝數(shù)及其特性阻抗的歐姆數(shù)來標(biāo)明。在有線電視系統(tǒng)里廣泛使用衰減器以便滿足多端口對電平的要求。如放大器的輸入端、輸出端電平的控制、分支衰減量的控制。

衰減器有無源衰減器和有源衰減器兩種。有源衰減器與其他熱敏電阻相配合組成可變衰減器，裝置在放大器內(nèi)用于自動增益或斜率控制電路中。無源衰減器有固定衰減器和可調(diào)衰減器。

衰減器廣泛的應(yīng)用于電子設(shè)備中，它的主要用途是：

1、調(diào)整電路中信號的大小

2、在比較法測量電路中，可用來直讀被測網(wǎng)絡(luò)的衰減值

3、改善阻抗匹配，若某些電路要求有一個比較穩(wěn)定的負載阻抗時，則可在此電路與實際

負載阻抗之間插入一個衰減器，能夠緩沖阻抗的變化。

常用的固定衰減器有L型、T型、橋T型、π型等，其中L型屬于不對稱衰減器，主要用于阻抗匹配；而T型、橋T型、π型屬于對稱衰減器，主要用于衰減。經(jīng)典的三種π型衰減器、T型衰減器和橋型衰減器，衰減效果較好，但是對于高頻小信號，無源衰減網(wǎng)絡(luò)選擇π型或T型網(wǎng)絡(luò)更加適合，因此選擇π型網(wǎng)絡(luò)做衰減。

作為頻譜分析儀的第一部分電路，輸入衰減器的作用是保證信號輸入到混頻器時處在合適的電平上，從而防止發(fā)生過載、增益壓縮和失真。

由于衰減器是頻譜儀的一種保護電路，所以它通常是基于參考電平值而自動設(shè)置，不過也能以 10 dB、5 dB、2 dB 甚至 1 dB 的步進來手動選擇衰減值。

在頻譜分析儀中，內(nèi)部的微處理器可以改變中頻增益從而補償輸入衰減器的變化。所以當(dāng)改變輸入衰減器時，分析儀輸入的信號在顯示器上的位置并不改變，只是顯示的噪聲上下移動。這時參考電平保持不變。如下圖所示，當(dāng)衰減從 10 dB 增加到 20 dB，DANL上升而信號電平保持不變。

最小的輸入衰減(0 dB)將會獲得最佳信噪比，但不幸的是此時的阻抗匹配也是最差的，因此最好盡量避免 0 dB 的設(shè)置。當(dāng)被測信號遠大于噪聲電平時，可以設(shè)置為自動衰減。當(dāng)信噪比較小 (一般 ≤ 7 dB) 時，我們需要使用較低的輸入衰減，以獲得更高的信噪比，避免因為噪聲功率和信號功率接近而導(dǎo)致偏高的測量誤差。