淺談提高頻譜分析儀靈敏度的有效途徑

在日常無線電監測和干擾排查中，我站最常用、最主要的儀器設備是頻譜分析儀，技術人員經常要利用該儀器捕捉、分析有用信號及干擾信號，當信號弱、難以捕捉時，就必須想方設法提高該儀器的靈敏度。筆者在多年實際監測工作中就如何提高頻譜儀的靈敏度找到了幾條可行途徑，現在此作以簡單介紹。

(1)減小分辨率帶寬

信號分辨率由中頻(IF)濾波器帶寬決定。頻譜分析儀在對某個信號調諧時，便描繪出它的中頻濾波器的響應曲線形狀。因此，若兩個等幅信號的頻率十分靠近，則兩個信號濾波響應曲線的頂部可能相互重迭，表現為單一響應。若兩個信號的幅度不等，但仍靠在一起，則較小的信號可能隱藏在較大的信號之下，因而出現測量誤差。所以，對于兩個相近的信號，頻譜儀的分辨力取決于濾波器的帶寬，即取決于分辨率帶寬RBW。 通過多年工作積累，筆者總結了一個經驗，即分辨率帶寬每增加10倍，頻譜儀顯示噪聲電平便提高10倍。如果要區分兩個靠近的信號，理論上分辨率帶寬RBW必須小于或等于待分辨的兩個信號的頻率間隔，在實際工作中分辨率帶寬RBW設置要盡可能小。因此在實際利用頻譜分析儀測試中可以通過減小分辨率帶寬RBW來提高頻譜分析儀的靈敏

度。例如在監測FM廣播99.5 MHz～102.5 MHz頻段時，當RBW設置為100 kHz時，該頻段的f1=100.6 MHz(江西吉安交通娛樂廣播)，f2=101.1 MHz(江西宜春人民廣播電臺交通生活廣播)，f3=102.1 MHz(江西吉安人民廣播電臺)三個廣播信號全部清晰地監測出來了(如圖1所示)。但當分辨率帶寬RBW設置為300 kHz時(其它參數不變)，f2信號則被淹沒在f1信號當中(見圖2)，將給監測帶來了很大的誤差。

(2)視頻帶寬設置盡可能小

頻譜儀顯示的譜線是信號加噪聲，因此當信號接近噪聲電平時，附加的噪聲疊加在掃描線上，致使難以讀取信號。根據多年監測經驗發現：檢波前的噪聲可以通過較窄的分辨帶寬來降低，從而降低檢波器的噪聲輸出電平;檢波后的噪聲則通過窄帶視頻濾波器來平滑減少噪聲波動，因此可以通過減小視頻帶寬來提高頻譜儀的靈敏度。例如在監測DS-9頻道江西衛視伴音(198.750 MHz)時，當視頻帶寬VBW設置為100 kHz時，伴音信號被淹沒在噪聲中，從而無法正常監聽(見圖3)。減小VBW為3 kHz時(其它參數不變)，伴音信號顯示出來了，監聽正常(見圖4)。

(3)減小衰減器的衰減值

頻譜分析儀的輸入信號電平不會隨衰減器衰減值的增加而下降，這是因為每當衰減降低加到檢波器的信號電平10 dB時，中放(IF)增益同時增加10 dB來補償這個損失，其結果是儀表顯示的信號幅度保持不變，但底噪電平將會隨衰減器衰減量的變化而變化。筆者通過對頻譜分析儀的多年操作總結了一個經驗，即衰減器衰減量每增加10 dB，頻譜儀底噪電平便提高10 dB。因此可以通過將衰減設置得盡可能小來提高頻譜分析儀的靈敏度，以便降低噪聲電平，使得信號不被噪聲淹沒。例如2006年3月6日筆者在兩會期間值班時重點用頻譜儀對江西706電視臺轉播江西衛視節目進行監測時，當衰減ATTEN設置為10 dB時，DS-9頻道 (江西衛視)伴音信號被淹沒在噪聲中(見圖5)，無法正常監聽江西衛視伴音。當衰減ATTEN設置為0 dB時，噪聲電平降底了10 dB(信號電平沒有隨之減小),伴音信號則從噪聲中分辨出來了(見圖6)，因而能夠正常監聽伴音信號，提高監聽監測的準確度。

(4)激活前置放大器

筆者通過實際監測實踐發現，激活前置放大器也能夠明顯地提高頻譜儀靈敏度、改善接收效果，但此時接收到的信號強度包含了放大器的增益，因此在計算信號的實際強度時，需要將天線增益、放大器增益以及監測系統的其它增益或損耗均排除掉，才能夠得到信號的實際強度。

通過以上分析可以發現:當頻譜儀的分辨率帶寬、衰減器、視頻帶寬設置過大時都會給監測及信號分析帶來很大的誤差。但是這些參數的調整不是無限制的，因為某個參數的調整可能會對其它參數產生影響。例如，較小的分辨帶寬會大大增加測量時間;0 dB輸入衰減會增加輸入駐波比，降低測量精度;增加前置放大器會影響頻譜儀動態范圍指標。因此在實際監測過程中一定要對參數進行合理的設置，既要達到監測結果準確，又要保證監測的效率。