频谱仪的RBW及VBW

频谱分析仪精度参数设置探讨 RBW VBW 频谱分析仪是日常无线电监测 设备检测工作最常用的仪器之一 无线电监测 人员可以利用频谱分析仪和相关的天线 馈线 放大器以及配套设备 来监测 无线电信号 并且能够捕获 分析弱信号 而频谱仪灵敏度的提高可以使频谱 仪更有效 更直接地反映信号的变化情况 本文以 R S 公司生产的 FSP30 频谱 分析仪为例 对与频谱仪灵敏度相关的主要参数设置进行试验 分析 1 频谱分析仪的基本构造和原理 图 1 频谱分析仪的基本构造 图 1 为频谱分析仪的基本构造 被测信号经过滤波和衰减后 和本振信号进入 混频器混频转换成中频信号 经放大后进入中频滤波器 中心频率固定 然 后进入一个对数放大器 对中频信号进行压缩 然后进行包络检波 所得信号 即视频信号 因为本振频率可变 所以输入信号都可以被转换成固定中频 为 了平滑显示 在包络检波之前通过可调低通滤波器 即为视频滤波 视频信号 在阴极射线管内垂直偏转 即显示出为信号的幅度 同时 由于显示的频率值 是扫频发生器电压值的函数 所以对应于被测信号的频率值 最终 被测信号 的信息显示在 LCD 上 从图 1 可以看出 影响频谱分析仪灵敏度的关键器件是衰减器 放大器 中频 滤波器以及视频放大器 本文将针对这几个部分进行试验 以便进一步分析它 们对频谱分析仪灵敏度的影响程度 2 提高频谱仪灵敏度的方法 2 1 衰减器 Att 设置对灵敏度的影响 一般地 衰减器有三方面作用 1 保护频谱仪不受损坏 测量高电平信号时 为了不烧坏频谱分析仪 必须 对信号进行衰减 2 提高测试的准确性 混频器是非线性器件 当输入混频器的信号电平较高 时 会产生许多产物 而且电平太高会干扰测试结果 使无互调范围减小 当 输入信号电平在混频器 1dB 压缩点以上时 测试结果将不准确 3 提高频谱仪动态范围 通过设置步进衰减器调节进入混频器的电平 可以 得到较大的动态范围 图 2 图 3 分别是衰减器设置为 20dB 和 10dB 的频谱分析图形 图 2 衰减器设置为 20dB 的频谱分析图形 图 3 衰减器设置为 10dB 的频谱分析图形 图 4 RF 输入衰减对噪声电平的影响 通过对频谱分析仪衰减器的实验 可以得出以下结论 在一定条件下 衰减器 衰减量每增加 10dB 频谱仪显示噪声电平提高 10dB 见图 4 因此 要提高频 谱分析仪的灵敏度需要将衰减设置得尽可能小 以降低噪声电平的值 使得信 号不被噪声淹没 2 2 分辨率带宽 RBW 设置 在频谱分析仪中 频率分辨率是一个非常重要的概念 它是由中频滤波器的带 宽所决定的 通常情况下 RBW 等于被测频谱带宽 但为了提高测量精确性 灵敏度和效率 RBW 也可以不同于频谱带宽 RBW 太大将淹没杂散信号 RBW 太 小则导致扫描时间太长 屏幕显示出来的噪声电平和分辨率带宽之间的关系是 噪声电平变化 dB 10lg 分辨率带宽 2 分辨率带宽 1 图 5 所示为 RBW 在不同参数设置下的频谱分析图形 图 5 a RBW 30kHz VBW 100kHz SWT 2 5ms 图 5 b RBW 300kHz VBW 100kHz SWT 2 5ms 图 5 c RBW 在不同参数设置下的频谱分析图形 通过对频谱分析仪 RBW 的操作 可以得出以下结论 在一定条件下 分辨率带 宽每增加 10 倍 频谱仪显示噪声电平提高 10 倍 因此 提高频谱分析仪的灵 敏度需要将分辨率带宽设置得尽可能小 以降低噪声电平的值 使得信号不被 噪声淹没 2 3 视频带宽 VBW 设置 VBW 反映的是频谱分析仪接收机中位于包络检波器之后的视频滤波器的带宽 改变 VBW 的设置 可以减小噪声峰值的变化量 提高较低信噪比信号测量的分 辨率和复现率 更容易发现隐藏在噪声中的小信号 在其他设置不改变的情况 下 减小 VBW 频谱仪扫描时间会增加 其测试曲线更加光滑 图 6 分别是 VBW 在不同参数设置下的频谱分析图形 图 6 a RBW 30KHz VBW 300KHz SWT 2 5ms 图 6 b RBW 30KHz VBW 30KHz SWT 2 5ms 图 6 c VBW 在不同参数设置下的频谱分析图形 通过对频谱分析仪 VBW 的实验 可以得出以下结论 在一定条件下 视频滤波 器不会降低平均噪声电平 但能减少噪声的峰值电平 通过减小视频滤波器带 宽能暴露出用较宽视频滤波器不能看到的低电平信号 从而使得信号不被噪声 淹没 2 4 前置放大器的选择 前置放大器可分为内部放大器和外部放大器两种 其作用是更有效地捕获弱小 信号 当监测卫星发射的下行链路信号时 需要加前置放大器 因为卫星发射 的信号传播到地面需要经过很长的路径 使得信号传播的损耗就很大 信号到 达地面后 将变得非常微弱 如果没有放大器 就很难捕捉到 外部前置放大 器可根据要监测的频率范围 选择相应的放大器 放大器的增益要足够大 以 便进行监测 3 结束语 本文介绍的四个试验都是提高频谱仪灵敏度的技术手