如果要測(cè)量較弱信號(hào),就要減小中頻帶寬,使頻譜儀的噪聲電平低于被測(cè)信號(hào)。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(cè)量結(jié)果有效,應(yīng)使信噪比優(yōu)于6dB,故它可測(cè)量的最小電平為-109dBm即-2dBμV。實(shí)際上可測(cè)的最小電平還受到頻譜儀雜散響應(yīng)指標(biāo)的影響,而且當(dāng)被測(cè)信號(hào)小于1μV時(shí),通過機(jī)殼、電源線等引入干擾會(huì)使測(cè)量結(jié)果不可靠。
四、怎樣保證測(cè)量精度
測(cè)試接收機(jī)都裝有標(biāo)準(zhǔn)脈沖振蕩器,以便在測(cè)量狀態(tài),如頻率、衰減器、中頻帶寬改變時(shí)隨時(shí)可進(jìn)行校準(zhǔn)。其測(cè)量精度主要由標(biāo)準(zhǔn)振蕩器的準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn),當(dāng)測(cè)量頻率不同時(shí)就會(huì)產(chǎn)生誤差。同時(shí),射頻衰減器參考電平、中頻帶寬、顯示刻度等的改變都會(huì)產(chǎn)生誤差。對(duì)于現(xiàn)代頻譜儀這些誤差一般為:
校準(zhǔn)信號(hào)絕對(duì)誤差 | ±0.3dB |
頻率響應(yīng)(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(shí)際上與測(cè)量方法有很大關(guān)系。測(cè)量時(shí),如能保持與校準(zhǔn)時(shí)的儀器設(shè)置狀態(tài)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(zhǔn)信號(hào)電平與被測(cè)信號(hào)電平等于相應(yīng)的參考電平時(shí),則被測(cè)信號(hào)電平值等于校準(zhǔn)信號(hào)電平值加上參考電平的改變量。值得注意的是,測(cè)量時(shí)保持信噪比大于12dB,這種測(cè)量的誤差僅取決于整個(gè)誤差的前四項(xiàng)可達(dá)到±2dB。
當(dāng)然,也可用一臺(tái)校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的相同頻率來替代被測(cè)信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定,那樣測(cè)出的精度會(huì)更高。
五、對(duì)各種工業(yè)干擾場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)量
目前頻譜分析儀所顯示的是被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)峰值,而國家標(biāo)準(zhǔn)和國際上對(duì)工業(yè)干擾推薦使用準(zhǔn)峰值測(cè)量,準(zhǔn)峰值檢波器可以模擬人耳對(duì)各種工業(yè)脈沖干擾的主觀特性,具有規(guī)定的充放電時(shí)間常數(shù)。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定準(zhǔn)峰值檢波器的充、放電時(shí)間常數(shù)是:在150KHz~30MHz,為1ms和160ms;在30-1000MHz則是1ms和550ms。峰值檢波器的時(shí)間常數(shù)沒有明確的規(guī)定,其充電時(shí)間常數(shù)又遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于準(zhǔn)峰值檢波器,一般充電時(shí)間常數(shù)在微秒級(jí),而放電時(shí)間常數(shù)則在毫秒級(jí),甚至秒級(jí)。嚴(yán)格講來,按照CISPR對(duì)準(zhǔn)峰值測(cè)量的規(guī)定,頻譜分析儀不完全適合準(zhǔn)峰值測(cè)量的規(guī)定,頻譜分析儀不完全適合準(zhǔn)峰值測(cè)量,但為了擴(kuò)展應(yīng)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(chǎn)的頻譜儀上增加了CISPR測(cè)量(準(zhǔn)峰值測(cè)量)一檔,作為選件配置(定貨時(shí)要說明)。使用時(shí)應(yīng)注意,按照準(zhǔn)峰值時(shí)間常數(shù)規(guī)定,頻譜儀的掃描速度要慢,一般應(yīng)大于3~10s/MHz,或者手動(dòng)掃描。顯然如果要進(jìn)行寬頻率范圍或全頻段搜索掃描測(cè)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(dòng)測(cè)試功能,所以只要在測(cè)量方法上稍加改進(jìn)便可解決準(zhǔn)峰值充、放電時(shí)間常數(shù)帶來的測(cè)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(gè)頻率點(diǎn),而后用準(zhǔn)峰值在這幾個(gè)頻點(diǎn)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(dòng)測(cè)試軟件完成,也可以手動(dòng)完成。
此外,增加了CISPR檔的頻譜儀多半屬于臺(tái)式儀器,體積和重量都較大,僅適合于試驗(yàn)室或固定臺(tái)站使用,不適于野外移動(dòng)作業(yè)。HP公司雖然推出一些便攜式頻譜儀,但不具備準(zhǔn)峰值測(cè)量功能,對(duì)工業(yè)干擾場(chǎng)強(qiáng)的監(jiān)測(cè)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(tǒng))/TR-4132N(75Ω系統(tǒng)),非常適合野外移或作業(yè),其CISPR檔為標(biāo)準(zhǔn)配置,即可以進(jìn)行一般的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)量。這種儀器最小分辨率帶寬不很高,僅為300HZ, 對(duì)一般無線電監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)和工業(yè)干擾測(cè)量基本夠用。它的優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行測(cè)量,則天線校正系數(shù)自動(dòng)加入最終結(jié)果;還可以選購波形存儲(chǔ)器,將被測(cè)信號(hào)頻譜記錄下來,供測(cè)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(jī)組成的自動(dòng)、測(cè)量系統(tǒng)。該儀器僅主機(jī)系統(tǒng)報(bào)價(jià)就150萬日元,再加上附件、天線等報(bào)價(jià)也約150萬日元,如果改用國產(chǎn)天線,則可以大大節(jié)省經(jīng)費(fèi)開支。
作者:武冷茜、程崗,廣播電影電視部標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃所