頻譜分析儀的主要用途之一是搜索和測(cè)量低電平信號(hào)。這種測(cè)量的最終限制是頻譜分析儀自身產(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(guò)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(chēng)為顯示平均噪聲電平，或稱(chēng)DANL。

顯示平均噪聲電平會(huì)和“靈敏度”雖然它們之間有關(guān)系，但是含義并不相同。

靈敏度是在一定的信噪比（SNR）或比特誤碼率的情況下可測(cè)量到的最小信號(hào)電平。它是無(wú)線電接收機(jī)性能的一個(gè)通用指標(biāo)。而頻譜分析儀的指標(biāo)總是以 DANL 給出。 DANL 中看到的噪聲功率由熱噪聲和頻譜分析儀的噪聲系數(shù)組成。雖然使用一些技術(shù)可以測(cè)量略微低于 DANL 的信號(hào)，但是 DANL 始終限制著我們測(cè)量低電平信號(hào)的能力。

那么，如何優(yōu)化低電平測(cè)量的靈敏度?

頻譜分析儀對(duì)低電平信號(hào)的測(cè)量能力受限于頻譜分析儀內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲。分析儀設(shè)置將影響低電平信號(hào)的靈敏度。

例如圖 1, 顯示了一個(gè)被分析儀噪聲基底淹沒(méi)的 50 MHz信號(hào)。為測(cè)量這一低電平信號(hào)，必須通過(guò)最小化輸入衰減、壓窄濾波器的分辨率帶寬 (RBW) 和使用前置放大器這些方法改進(jìn)頻譜分析儀的靈敏度。這些技術(shù)能有效減小顯示平均噪聲級(jí)(DANL)，從而突出該低電平信號(hào)。

圖1. 噪聲掩蓋了信號(hào)

增加輸入衰減器衰減程度將減小到達(dá)輸入混頻器的信號(hào)。由于頻譜分析儀的噪聲產(chǎn)生在輸入衰減器之后，因此衰減器設(shè)置會(huì)影響信噪比 (SNR)。如果引入增益，對(duì)輸入衰減器的衰減變化進(jìn)行補(bǔ)償，顯示上的實(shí)際信號(hào)就保持不變。但顯示的噪聲級(jí)會(huì)隨IF 增益而異，它反映了輸入衰減器設(shè)置的變化引起的SNR的變化。因此為了降低DANL，就必須把輸入衰減減到最小。

混頻器輸出處的放大器接著放大被衰減的信號(hào)，以保持屏幕相應(yīng)位置信號(hào)的峰值。除了放大輸入信號(hào)外，分析儀中的噪聲也同樣被放大，從而造成頻譜分析儀DANL 的上升。

然后這一再次放大的信號(hào)通過(guò) RBW 濾波器。壓窄 RBW 濾波器帶寬，使較低的噪聲能量到達(dá)分析儀的包絡(luò)檢波器，從而降低分析儀的 DANL。

圖2 示出 DANL 的逐次降低。上面的跡線是經(jīng)最小化分辨率帶寬和使用功率平均后出現(xiàn)在噪聲基底之上的信號(hào)。下面一條跡線為使用最小衰減時(shí)的情況。第3條跡線使用了對(duì)數(shù)功率平均，它把噪聲本底再降低 2.5 dB，這對(duì)于極靈敏的測(cè)量是非常有用的。

圖2. 在這些信號(hào)測(cè)量中，在減小分辨率帶寬（黃色），減小輸入衰減（藍(lán)色）并切換到對(duì)數(shù)功率平均（紫色）之后，DANL逐漸降

為實(shí)現(xiàn)最高靈敏度，必須使用具有低噪聲和高增益的前置放大器。如果該放大器有足夠高的增益(在連接前置放大器時(shí)分析儀上顯示的噪聲至少增加10 dB)，那么前置放大器和分析儀組合的噪聲基底將由放大器的噪聲特性確定。許多情況下都需要測(cè)量被測(cè)裝置上的寄生信號(hào)，以保證信號(hào)載波落在特定幅度和頻率“板”內(nèi)。現(xiàn)代頻譜分析儀提供電子的限制線能力，它把跡線數(shù)據(jù)與一組幅度和頻率(或時(shí)間)參數(shù)相比較。

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審核編輯：湯梓紅