怎么用頻譜儀測量微弱信號(hào) – 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(hào)。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(jī)電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲經(jīng)過分析儀多級(jí)增益的放大最后作為噪聲信號(hào)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(hào)，但是 DANL 始終限制著我們測量低電平信號(hào)的能力。事實(shí)上，如果一個(gè)輸入信號(hào)接近于DANL的話，頻譜儀對(duì)該信號(hào)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(gè)非常重要的測試參數(shù)。

RBW(Resolution Bandwidth)代表兩個(gè)不同頻率的信號(hào)能夠被清楚的分辨出來的最低頻寬差異，兩個(gè)不同頻率的信號(hào)頻寬如低于頻譜分析儀的RBW，此時(shí)該兩信號(hào)將重疊，難以分辨。較低的RBW固然有助于不同頻率信號(hào)的分辨與測量，但是低的RBW將濾除較高頻率的信號(hào)成份，導(dǎo)致信號(hào)顯示時(shí)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(hào)的偵測，但是這將增加噪底(Noise Floor)，降低量測靈敏度，對(duì)于偵測低強(qiáng)度的信號(hào)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(hào)振幅并無產(chǎn)生明顯的變化，此時(shí)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(hào)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(hào)。也就是說RBW代表兩個(gè)不同頻率的信號(hào)能夠被清楚的分辨出來的最低帶寬差異，兩個(gè)不同頻率的信號(hào)帶寬如低于頻譜分析儀的RBW，此時(shí)該兩信號(hào)將重迭，難以分辨，較低的RBW固然有助于不同頻率信號(hào)的分辨與量測，低的RBW將濾除較高頻率的信號(hào)成份，導(dǎo)致信號(hào)顯示時(shí)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(hào)的偵測，將增加噪聲底層值(Noise Floor)，降低量測靈敏度，對(duì)于偵測低強(qiáng)度的信號(hào)易產(chǎn)生阻礙。

下面這幅圖解釋了不同RBW對(duì)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(huì)影響信噪比或靈敏度。這是因?yàn)轭l譜儀自身產(chǎn)生的噪聲是隨機(jī)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(huì)改變 10 dB，如下圖所示。

對(duì)于連續(xù)波(正弦波)信號(hào)，使用頻譜分析儀所提供的最小的分辨率帶寬將會(huì)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(huì)延長掃描時(shí)間。

怎么用頻譜儀測量微弱信號(hào) – 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(duì)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(dòng)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(hào)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(gè)比較穩(wěn)定的負(fù)載阻抗時(shí)，則可在此電路與實(shí)際

負(fù)載阻抗之間插入一個(gè)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(duì)稱衰減器，主要用于阻抗匹配；而T型、橋T型、π型屬于對(duì)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(duì)于高頻小信號(hào)，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(hào)輸入到混頻器時(shí)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(hù)電路，所以它通常是基于參考電平值而自動(dòng)設(shè)置，不過也能以 10 dB、5 dB、2 dB 甚至 1 dB 的步進(jìn)來手動(dòng)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(bǔ)償輸入衰減器的變化。所以當(dāng)改變輸入衰減器時(shí)，分析儀輸入的信號(hào)在顯示器上的位置并不改變，只是顯示的噪聲上下移動(dòng)。這時(shí)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(hào)電平保持不變。

最小的輸入衰減(0 dB)將會(huì)獲得最佳信噪比，但不幸的是此時(shí)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(hào)遠(yuǎn)大于噪聲電平時(shí)，可以設(shè)置為自動(dòng)衰減。當(dāng)信噪比較小 (一般 ≤ 7 dB) 時(shí)，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?yàn)樵肼暪β屎托盘?hào)功率接近而導(dǎo)致偏高的測量誤差。