频谱仪测试时几个重要参数的设置

- 49 - 频谱仪测试时几个重要参数的设置 冯菊香 （玉林师范学院，广西 玉林 537000） 【摘 要】频谱仪的最佳工作状态是由诸多因素、参数决定的，而各种参数之间又相互关联，因此在设置频谱仪时需要统 筹考虑。文章从频谱仪的基本原理出发，对输入衰减、前置放大、混频、分辨率带宽、视频带宽、扫频宽度和扫描时间等参数 作了重点介绍，并就它们之间的最佳工作状态关系设置进行了阐述。 【关键词】频谱仪；分辨率带宽；视频带宽；扫频宽度 【中图分类号】TM935.21 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2009)10-0049-02 频谱分析仪是信号分析处理中常用的仪器设备，它不仅 用于测量各种信号的频谱，而且还可测量功率、失真、增益 和噪声特性等。其覆盖的频率范围可达40GHz甚至更高，因而 被广泛用于所有的无线或有线通信应用中，包括开发、生产、 安装与维护等。 从工作原理上看，频谱分析仪可以分为模拟式与数字式 两大类。数字式频谱分析仪主要用于超低频或低频段，其中 最有代表性的为傅立叶分析仪。模拟式频谱分析仪根据使用 滤波器的不同，又分为带通滤波器频谱分析仪与外差式扫频 频谱分析仪。 （一）频谱仪的基本原理 频谱分析仪的基本电路是超外差接收机，亦即利用超过 输入信号频率的本地振荡频率通过混频器获得差频输出。频 谱仪显示屏的水平坐标为频率轴，垂直坐标为功率轴，主要 用于观测和记录某个指定频率段内的载波频谱。其基本原理 如图1： 图 1 频谱分析仪基本原理框图 信号的流程是：射频信号 RF 接入频谱仪，经过前端的衰 减器和放大器，达到频谱仪的量程电平指标后，再经过混频 器，通过与本振信号的和频或差频而产生中频频率，然后， 通过中频带通滤波器和检波器峰值检波后的信号，再经过视 频滤波器滤波,经由 A/D 转换后显示出来。由于本振电路的振 荡频率随着时间变化，因此频谱分析仪在不同的时间接收的 频率是不同的。当本振振荡器的频率随着时间进行扫描时， 屏幕上就显示出被测信号在不同频率上的电压包络，从而得 到被测信号的频谱。 （二）频谱仪的几个重要参数分析 用频谱分析仪对电信号进行测量时，要充分发挥频谱仪 的性能，尽可能地减少测量误差，显示其巨大的优越性，首 先必须根据所测的信号特点来设定频谱仪的衰减器、分辨率 带宽、视频带宽和扫描宽度（或时间）等，才可能使频谱仪 处于最佳工作状态。 1.合理使用输入衰减器和前置放大器 1.合理使用输入衰减器和前置放大器 为了防止高电平输入信号对混频器产生的非线性失真， 各种不同型号和不同类型的频谱仪，在仪器内部都设有输入 衰减器，以此来选择最佳的混频电平。输入信号的电平不随 衰减增加而下降，这是因为每当衰减降低加到检波器的信号 电平10dB时，中放（IF）增益同时增加10dB来补偿这个损失， 其结果使仪表显示的信号幅度保持不变。但是，噪声信号受 到放大器的影响很大，其电平被放大，增加了10dB。既然内 部噪声主要由中放第一级产生，因而输入衰减器不影响内部 噪声电平。但是，输入衰减器影响到混频器的信号电平，并 降低信噪比。也就是说，衰减器的衰减量每增加10dB，频谱 仪显示的噪声电平就增加10dB。这样,要提高频谱分析仪的灵 敏度就需要将衰减设置得尽可能小，降低噪声电平的值，使 得信号不被噪声淹没。 使用前置放大器可以提高RF输入信号的信噪比，在测量 小信号时，用前置放大器配合频谱仪的测量是非常有帮助的， 特别是对卫星信号下行链路的弱信号进行检测时，需要加前 置放大器改善系统的接收效果，否则，信号将很难看到或者 根本看不到。但是，使用前置放大器时需要考虑两个重要的 因素: 噪声值和增益。接收到的信号强度已经包含了放大器 的增益，因此在计算信号的实际强度时，需要将天线增益、 放大器增益以及监测系统的其它增益或损耗均排除掉，才能 够得到信号的实际强度。前置放大器有内部和外部之分，内 部前置放大器需要选件，工作频率范围一般为3GHz；外部前 置放大器可根据待监测的频率范围，选择相应的放大器，放 大器的增益要足够大，以便于监测。 2.最佳混频电平 2.最佳混频电平 混频器是频谱仪的前端电路，如果工作不正常，频谱仪 自身就会产生多种频率成份，导致测量不准确。为了满足大 的动态范围和最好的信噪比，希望混频器的驱动电平尽可能 大；为了减少非线性失真，又希望加到混频器的电平尽可能 低。究竟混频器的电平取多大呢?多数使用说明书建议最佳的 混频电平在300dBm 之间，这时混频器内部产生的失真电 平低于显示的平均噪声电平，也就是说混频器产生的失真电 平观察不到，可以忽略。 3.分辨率带宽 (RBW:Resolution Band Width) 3.分辨率带宽 (RBW:Resolution Band Width) 在频谱分析仪中，分辨率带宽 RBW 是一个非常重要的参 2009 年第 10 期 大 众 科 技 No.10， 2009 （总第 122 期） DA ZHONG KE JI (Cumulatively No.122) 【收稿日期】2009-07-02 【作者简介】冯菊香（1972） ，女，安徽滁州人，玉林师范学院讲师，桂林电子科技大学在读工程硕士，从事电子与通信 测试技术研究。 - 50 - 数，它是由中频滤波器的带宽所确定的。调整分辨率带宽可 以调整频谱的可分辨间隔，以便对频率相距很近的两个信号 进行区别，同时可以提高仪器的灵敏度。因为，任何电路都 有热噪声，这些噪声会将微弱信号淹没，而使仪器无法观察 微弱信号。噪声的幅度与仪器的通频带宽成正比，带宽越宽， 则噪声越大。因此减小仪器的分辨率带宽可以减小仪器本身 的噪声， 从而增强对微弱信号的检测能力。 一般来说， RBW 越 小，则频谱分辨力越好。 在设置分辨带宽时，我们考虑的是仪器是否能充分响应 输入信号时有足够的带宽，正确的方法是展宽滤波器的带宽， 当在屏幕上观察到信号载波幅度不再增加时，就表示中频滤 波器对输入信号的响应已有足够的带宽了。通常把幅频特性 的3dB带宽定义为频谱仪的分辨率带宽。 4.视频带宽(VBW: Video Band Width ) 4.视频带宽(VBW: Video Band Width ) 视频带宽VBW是中频检波器后的低通滤波器（称为视频滤 波器）的带宽。视频滤波器的作用是将视频信号中的高频成 分滤掉，在显示屏上可得到一条光滑的曲线。视频滤波器可 以减少检波器输出的噪声变化，揭示一些已被掩盖且接近本 底噪声的信号，对噪声起到平滑的作用。如果是测量噪声功 率，它还有助于稳定测量。在测试微弱信号时，调整视频带 宽的大小，可以方便观察与噪声电平很接近的信号。 5.扫频宽度(Span)和扫描时间( Sweep Time) 5.扫频宽度(Span)和扫描时间( Sweep Time) 从扫描频率范围的最低端扫描到最高端所用的时间为扫 描时间，而扫频宽度是与扫描时间相对应的，即完成一次频 谱分析所用的时间。为了提高测量速度，希望扫描时间尽量 短。可是当扫描速度太快时，如果频谱仪的分辨带宽滤波器 不能充分响应，就会导致频谱仪频率和幅度的显示值发生偏 差，即频率上移，幅度下降。所以，对长发干扰应设置较长 的扫描时间，以便精确测量干扰幅度；对随机干扰则可设置 较短的扫描时间，以便迅速捕捉干扰。一般扫描范围是根据 被观测的信号频谱宽度或信道间隔来选择。 （三）参数间的关系设置 视频滤波器的带宽和分辨带宽的关系是：检波前的噪声 可以通过较窄的分辨带宽来降低，从而降低检波器的噪声输 出电平；检波后的噪声则通过窄带视频滤波器来平滑减少噪 声波动，但不能降低噪声的平均功率电平。 从理想状态讲，为了真实地描绘出信号的频谱和分辨出 十分靠近的信号，RBW滤波器特性应当非常窄。当然，不是说 RBW滤波器带宽越窄越好，窄应有限度，若带宽过窄就会使通 过滤波器的信号不能达到其峰值而产生测量结果不正确。还 有当选定的RBW滤波器带宽很窄并且扫描的频率范围又很宽 时，会使一次扫描所需的时间很长，因此，要保持合理的扫 描速度。根据实际经验，在测量信号功率时，一般来说，分 辨率带宽RBW宜为扫描宽度的1%3%，即可保证测量精度。 要提高测量灵敏度（灵敏度指最小可检测信号，定义为 在一定分辨带宽下显示的平均噪声电平，这一信号被认为是 最小的可测量信号电平） ，就应减小视频滤波器带宽，但视频 滤波器带宽的减小又将会使扫描时间增长。如果要使频谱分 析仪得到最好的灵敏度，有以下三个方法： （1）最窄的分辨 带宽； （2）最小的输入衰减； （3）视频带宽VBW应是分辨带宽 的百分之一。 总之，频谱分析仪是一套高性能的宽带信号接收机，可 以显示接收信号的频谱。不同型号的频谱仪具有不同的接收 频段和灵敏度，将频谱仪设置为最佳工作状态，正确地使用 频谱仪非常关键。 【参考文献】 1 陈力,冯健.关于频谱仪最佳参数设置的研究J.现代电子技 术,2004,(8). 2 张清理.如何快速捕获弱信号J.中国无线电,2005,(1). 3 刘红梅,王春芳.频谱仪参数分析及在电视会商系统中的应 用J.气象科技 2006,(12). 4 谈华生.频谱仪的正确使用J.中国无线电管理, 2001,(8). 5 邓陆玲,颜毅.频谱仪使用中的带宽设置问题J.有线电视技 术,2006,(7). （上接第 66 页）入施工现场，不得上岗操作。特殊工种必须 持证上岗。通过安全教育使职工提高自我防范的安全意识和 掌握自我保护的安全知识，真正做到“不伤害自己、不伤害 别人，不被他人伤害”。对项目管理人员要定期地组织学习 现行法律、法规和强制性标准，并在实际工作中认真贯彻执 行。 3.大力倡导安全文化，努力提高安全意识。3.大力倡导安全文化，努力提高安全意识。安全文化是 安全生产在意识形态领域和人们思想观念上的综合反映，包 括了一定社会的安全价值观、安全判断标准和安全能力、安 全行为方式等。要全力实施“全民安全素质工程”，要将安 全文化作为企业文化和社会文化的重要组成部分。（1）宣传 普及安全法律和安全知识。倡导和树立“以人为本”的安全 价值观，营造“关爱生命、关注安全”的舆论氛围，使全体 管理人员自觉遵法守法。通过组织开展安全生产年、安全生 产月、安全文化下项目、安全知识竞赛等系列活动，大力宣 传安全发展理念，大力宣传“安全第一、预防为主、综合治 理”方针，大力宣传依法治安、严格执法，提高全体管理人 员的安全意识和安全法制观念，动员全党、全社会更加重视 和支持安全生产工作。（2）强制性开展安全培训和教育。要 求各项目部必须按照安全生产法的要求，对从业人员进 行安全培训，尤其对特种作业人员进行安全专业培训后持证 上岗。 4.切实履行安全检查制度和隐患整改制度，保证施工安 全。 4.切实履行安全检查制度和隐患整改制度，保证施工安 全。“安全第一，预防为主”是我国的安全生产工作基本方 针。既然是预防为主，首先就要发现隐患，才能更好地预防 和整改。必须严格履行安全验收程序。施工项目的脚手架、 施工临时用电、物料提升机、塔吊等安