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2021年11月26日 | 如何提高频谱分析仪的灵敏度？
2021-11-26 来源：eefocus
频谱分析仪在不加任何信号时会显示噪声电平，由于频谱分析仪自身产生的噪声，其大部分来自中频放大器的第一级。频谱分析仪的灵敏度定义为它所显示的平均噪声电平（DANL），这项指标关系到仪表对弱信号的检测能力。若一信号的电平等于显示的平均噪声电平，它将以近似3dB突起显示在平均噪声电平之上，这一信号被认为是最小的可测量信号电平，但是如果不用视频滤波器平均噪声，总是不能看到这一现象的。
频谱分析仪的灵敏度定义为在一定的分辨带宽下显示的平均噪声电平。“平均”意味着噪声信号的幅度随时间和频率都是随机变化的，要对噪声功率进行定量测试，只能得到其平均值。频谱分析仪表的灵敏度是仪表的重要指标，频谱分析仪灵敏度与其RBW；VBW；衰减器设值有关。
从不同方面可以反映频谱分析仪表内部噪声对测试的影响。
1、当输入信号功率电平小于仪表噪声电平时，该信号不会被显示，仪表对该小信号没有测试能力。
2、当输入信号幅度大于仪表噪声时，仪表噪声会叠加在输入信号上，既最终显示信号电平为输入信号电平和仪表噪声的功率和。
当被测试信号功率比仪表内部噪声功率大10~20dB 以上,频谱分析仪内部噪声的影响可忽略不计。
前面明确了频谱仪产生噪声的原因和噪声对仪表测试的影响，下面分析以下仪表设置会影响的噪声电平的因素。
影响频率谱分析仪噪声电平因素1：输入衰减设置。
衰减器衰减量每增加10dB, 频谱仪显示噪声电平提高10dB。
衰减器设值影响频谱仪灵敏度的分析：
输入信号的电平不随衰减增加而下降，这是因为当衰减降低加到检波器的信号电平时，而中放（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，噪声信号只会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。
提高频谱仪表灵敏度的方法
1：用尽可能小的输入衰减以得到最好的灵敏度。
仪表内部产生的噪声是宽带白色噪声。即它在整个频率范围内的电平是平坦的随机噪声，与分辨带宽滤波器相比它的频带是宽的。因此，分辨带宽滤波器只通过一小部分噪声能量到包络检波器。如果分辨带宽增加（或减少）10倍，则增加（或减少）10倍的噪声能量到达检波器，并且显示的平均噪声电平将增加（或减少）10dB.
显示的噪声电平和分辨带宽RBW之间的关系是：
噪声电平变化（dB）=10log（分辨带宽2/分辨带宽1）
RBW从100kHz（分辨率带宽（老））变到10kHz（分辨率带宽（新）），结果噪声电平变化为噪声电平变化 = log (10 kHz / 100 kHz ) = 10dB.
频谱仪中频滤波器会对中放产生的宽带白噪声有频带抑制功能，所以RBW越小，通过中频滤波器的噪声能量越小，则通过检波后显示噪声的电平越低。
频谱分析仪的噪声是在一定的分辨带宽下定义的。
频谱分析仪的最低噪声电平（和最慢扫描时间）是在最小分辨带宽下得到的。
提高频谱仪表灵敏度的方法2：
用尽可能小的RBW 设置得到最好的灵敏度。
频谱分析仪显示出信号加噪声，因此当信号接近噪声电平时，附加的噪声叠加在扫描线上，致使更难读取信号。
视频滤波器是在检波之后的低通滤波器，声信号幅度由于随时间和频率都是随机波动的，通过检波处理输出为交流AC信号，这些AC信号反映到显示上就是轨迹线的抖动。通过视频滤波器的低通处理，用以平均（Smooth)噪声起伏。虽然它不能改善灵敏度，但能改善鉴别力和在低信噪比情况下测量的可重复性。
减小VBW不会对显示的CW信号频谱造成影响，因为CW信号检波输出为DC信号，DC信号通过低通滤波处理时，不会被滤波器带宽所影响。
需要注意的是：减小VBW可以对噪声信号进行平滑，但并不是得到该噪声信号的功率平均值
最后总结一下提高频谱仪测试灵敏度的技术方法：
1、最窄的分辨带宽；
2、最小的输入衰减；
3、充分利用视频滤波器（视频带宽<0.1-0.01分辨带宽）
4、前置放大器（内部或外部），内部前置放大器需要选件，工作频率范围一般为〈3GH。前置放大器的开关由[Amplitude] Int Amp: on/off 控制。
外置放大器对频谱分析仪灵敏度的改善=放大器件增益-放大器噪声系数。
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