如果要測量較弱信號,就要減小中頻帶寬,使頻譜儀的噪聲電平低于被測信號。頻譜儀一般給出最小中頻帶寬以下的平均噪聲電平,中檔頻譜儀的典型值為-115dBm。為保證測量結果有效,應使信噪比優于6dB,故它可測量的最小電平為-109dBm即-2dBμV。實際上可測的最小電平還受到頻譜儀雜散響應指標的影響,而且當被測信號小于1μV時,通過機殼、電源線等引入干擾會使測量結果不可靠。
四、怎樣保證測量精度
測試接收機都裝有標準脈沖振蕩器,以便在測量狀態,如頻率、衰減器、中頻帶寬改變時隨時可進行校準。其測量精度主要由標準振蕩器的準確度及輸入失配誤差來決定,一般為±2dB。
頻譜儀系采用固定頻率的標準信號進行校準,當測量頻率不同時就會產生誤差。同時,射頻衰減器參考電平、中頻帶寬、顯示刻度等的改變都會產生誤差。對于現代頻譜儀這些誤差一般為:
校準信號絕對誤差 | ±0.3dB |
頻率響應(包括輸入失配) | ±0.5~2dB |
射頻衰減器改變 | 1~2dB |
參考電平改變 | 0.5dB |
中頻帶寬改變 | 0.5~1dB |
顯示刻度改變 | 1dB |
CRT顯示非線性誤差 | 1~2dB |
粗看起來,這些誤差相加超過4.5dB,但實際上與測量方法有很大關系。測量時,如能保持與校準時的儀器設置狀態一樣,就可使誤差減至最小。一般是采用中頻替代法,即在不改變中頻帶寬及顯示刻度的情況下,通過改變參考電平。使校準信號電平與被測信號電平等于相應的參考電平時,則被測信號電平值等于校準信號電平值加上參考電平的改變量。值得注意的是,測量時保持信噪比大于12dB,這種測量的誤差僅取決于整個誤差的前四項可達到±2dB。
當然,也可用一臺校準信號發生器的相同頻率來替代被測信號進行標定,那樣測出的精度會更高。
五、對各種工業干擾場強的測量
目前頻譜分析儀所顯示的是被測信號的瞬時峰值,而國家標準和國際上對工業干擾推薦使用準峰值測量,準峰值檢波器可以模擬人耳對各種工業脈沖干擾的主觀特性,具有規定的充放電時間常數。國家標準規定準峰值檢波器的充、放電時間常數是:在150KHz~30MHz,為1ms和160ms;在30-1000MHz則是1ms和550ms。峰值檢波器的時間常數沒有明確的規定,其充電時間常數又遠遠小于準峰值檢波器,一般充電時間常數在微秒級,而放電時間常數則在毫秒級,甚至秒級。嚴格講來,按照CISPR對準峰值測量的規定,頻譜分析儀不完全適合準峰值測量的規定,頻譜分析儀不完全適合準峰值測量,但為了擴展應用范圍,美國HP公司、西德R/S公司和日本武田理研公司等均在其生產的頻譜儀上增加了CISPR測量(準峰值測量)一檔,作為選件配置(定貨時要說明)。使用時應注意,按照準峰值時間常數規定,頻譜儀的掃描速度要慢,一般應大于3~10s/MHz,或者手動掃描。顯然如果要進行寬頻率范圍或全頻段搜索掃描測量,這樣慢的掃速是無法令人接受的。但是加了CISPR檔的頻譜儀大多具有微處理器以及自動測試功能,所以只要在測量方法上稍加改進便可解決準峰值充、放電時間常數帶來的測量矛盾。此方法是先用峰值檔快速全頻段掃描,找出干擾最大的幾個頻率點,而后用準峰值在這幾個頻點附近慢慢地掃描,以判定是否合格。這些操作一般均可用自動測試軟件完成,也可以手動完成。
此外,增加了CISPR檔的頻譜儀多半屬于臺式儀器,體積和重量都較大,僅適合于試驗室或固定臺站使用,不適于野外移動作業。HP公司雖然推出一些便攜式頻譜儀,但不具備準峰值測量功能,對工業干擾場強的監測也不適宜。倒是日本武田理研公司在八十年代初推出一種中檔、便攜式頻譜儀,TR-4132(50Ω系統)/TR-4132N(75Ω系統),非常適合野外移或作業,其CISPR檔為標準配置,即可以進行一般的信號場強的測量。這種儀器最小分辨率帶寬不很高,僅為300HZ, 對一般無線電監測業務和工業干擾測量基本夠用。它的優點是,可以在交流、直流和汽車供電的情況下工作,顯示直接按dBμV刻度。如果選擇配套的天線進行測量,則天線校正系數自動加入最終結果;還可以選購波形存儲器,將被測信號頻譜記錄下來,供測試人員分析、拍照,或者通過XY記錄儀打印出來;也可以選加GP-IB附件和微機組成的自動、測量系統。該儀器僅主機系統報價就150萬日元,再加上附件、天線等報價也約150萬日元,如果改用國產天線,則可以大大節省經費開支。
作者:武冷茜、程崗,廣播電影電視部標準化規劃所