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2021年03月16日 | 噪声测试的五大技巧 - 提高分析仪灵敏度和扫描速度
2021-03-16 来源：eefocus
噪声是电子电路的特性之一，它会导致发射机和接收机之间有用信息的随机干扰。因此，它是测试所有发射机和接收机组件的一个基本参数。因为通常上，它能够限制任何无线系统的整体性能。由于信号和频谱分析仪是高性能的宽带接收机，在保持高精度和快速扫描的同时，其内部的噪声会影响极低幅度信号的测量。本指南介绍了使用此类分析仪时最重要的五大技巧，用以帮助用户提高小信号测量的灵敏度和精度，尤其针对噪声附近的信号。
技巧 1：降低分辨率带宽
图 1 展示了相同低幅度信号的测量，经过调整分析仪的设置，可以改善该仪器的本底噪声。首先，上方迹线（黄色）显示了一个典型的测量结果，此时信号分析仪配置有 100 kHz 分辨率带宽（RBW）的滤波器 和 10 dB 的前端衰减。这里，信号幅度与仪器显示的本底噪声非常接近。信号峰值处的一个游标（游标 1）显示幅度为 -85.1 dBm。当把峰值与显示的本底噪声相比较时，此次基线测量的信噪比（SNR）为大约 5 dB。这种低信噪比将会影响幅度测量的精度。当分辨率带宽从 100 kHz 减少至 10 kHz 时，图 1 中蓝色迹线的本底噪声降低了 10 dB。 通过这种技巧可以进一步降低本底噪声，但却会增加扫描时间。从传统的模拟分辨率滤波器可以看出，分析仪的扫描速率与分辨率带宽的平方成反比。
图 1. 提高分析仪灵敏度的技巧
技巧 2：减弱信号分析仪的衰减
其他的技巧也能提高分析仪的灵敏度，同时做到不增加扫描时间，例如减弱分析仪的前端衰减。基于这种衰减技巧，操作员能够通过手动的方式，将分析仪的输入衰减器下调至 0 dB。图 1 中的红色迹线显示了设置为 0 dB 衰减后，改善的本底噪声。消除前端衰减时需要注意，如果在测量低功率信号时出现另一高功率信号，这可能导致分析仪的超频现象发生。
技巧 3：使用前置放大器
该技巧要求分析仪配置一个宽带内或外部前置放大器。如图 1 中绿色迹线所示，前置放大器改善了系统的噪声系数，降低了本底噪声。分析仪的内部前置放大器额外降低了 15 dB 的本底噪声。我们现在可以观察到游标 2 所示的这个寄生信号，而以前是看不到它的。
技巧 4：从测量信号中删除信号分析仪的噪声
是德科技 X 系列信号分析仪所具备的本底噪声扩展（NFE）功能，也可以提高分析仪的灵敏度。NFE 能够识别电流仪表状态信号中的噪声，并可以自动将其从实时频谱结果的测量中删去。图 1 中的红色迹线显示，应用 NFE 进行测量，可以使本底噪声额外降低 8 dB。
NFE 的效果表现在多个方面。分析仪在低频段（3.6 GHz 以下）的显示平均噪声电平（DANL）一般会下降 10 至 12 dB，在高频段（3.6 GHz 以上）会降低大约 8 dB。虽然显示的噪声电平将会降低，但是这只是因为减去了分析仪的噪声功率。因此，如果分析仪的噪声功率所占比例较大的话，那么显示的信号功率降低得很明显，反之则不会降低多少。图 2 中黄色迹线表示在分析仪的未补偿本底噪声附近， 测量到的一个多音信号，其幅度不断减小。通过使用 NFE，能够产生更为准确的蓝色迹线。请注意，分析仪噪声产生的误差对于首个 / 最高音频来讲是微不足道的，但是在第 6 音频处（即音频幅度大致等于分析仪的本底噪声）几乎达到 3 dB。
图 2. NFE 将有效本底噪声改善了 10 dB，用户除了按一下键将其激活外，无需进行其他操作。
技巧 5：使用“过扫描”功能加速扫描
传统上，信号分析仪会自动将扫描时间与频率扫宽以及选定的分辨率带宽（RBW）结合，从而保证经校准的显示结果。当扫描时间低于可接受数值时，幅度和频率误差就会产生。
图 3 中的灰色迹线显示了合适的扫描时间设定下的测量。红色迹线显示了扫描时间过短的一次测量结果，结果是产生了幅度和频率误差。当使用全数字中频时，“过扫描”技巧能够显示数字分辨率带宽响应的特点，并纠正这些错误，从而获得更快的扫描速率，这是传统模拟分辨率带宽滤波器无法比及的。是德科技就此技巧提出了“快速扫描”一说， 1 并提供了比传统方法快 50 倍的扫描速率，而对测量精度并无影响。
配有 FS1 选件的 X 系列信号分析仪，用于纠正扫描速度过快对大约 3 kHz ~ 300 kHz 之间分辨率带宽的影响。因此取决于特定的设置，扫描时间可以从秒级缩短到毫秒级。表1 对比了分析仪在测量 26.5 GHz 扫宽时，采用传统的分辨率带宽滤波器与快速扫描功能的不同扫描时间。
图 3. “过扫描”对分辨率带宽滤波器产生的影响
表 1. 扫描时间对比：传统方法与 X 系列快速扫描选件。
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史海拾趣
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