如何优化低电平测量的灵敏度?

频谱分析仪对低电平信号的测量能力受限于频谱分析仪内部产生的噪声。分析仪设置将影响低电平信号的灵敏度。

例如图 1, 显示了一个被分析仪噪声基底淹没的 50 MHz信号。为测量这一低电平信号，必须通过最小化输入衰减、压窄滤波器的分辨率带宽 (RBW) 和使用前置放大器这些方法改进频谱分析仪的灵敏度。这些技术能有效减小显示平均噪声级(DANL)，从而突出该低电平信号。

图1. 噪声掩盖了信号

增加输入衰减器衰减程度将减小到达输入混频器的信号。由于频谱分析仪的噪声产生在输入衰减器之后，因此衰减器设置会影响信噪比 (SNR)。如果引入增益，对输入衰减器的衰减变化进行补偿，显示上的实际信号就保持不变。但显示的噪声级会随IF 增益而异，它反映了输入衰减器设置的变化引起的SNR的变化。因此为了降低DANL，就必须把输入衰减减到最小。

混频器输出处的放大器接着放大被衰减的信号，以保持屏幕相应位置信号的峰值。除了放大输入信号外，分析仪中的噪声也同样被放大，从而造成频谱分析仪DANL 的上升。

然后这一再次放大的信号通过 RBW 滤波器。压窄 RBW 滤波器带宽，使较低的噪声能量到达分析仪的包络检波器，从而降低分析仪的 DANL。

图2 示出 DANL 的逐次降低。上面的迹线是经最小化分辨率带宽和使用功率平均后出现在噪声基底之上的信号。下面一条迹线为使用最小衰减时的情况。第3条迹线使用了对数功率平均，它把噪声本底再降低 2.5 dB，这对于极灵敏的测量是非常有用的。

图2. 在这些信号测量中，在减小分辨率带宽（黄色），减小输入衰减（蓝色）并切换到对数功率平均（紫色）之后，DANL逐渐降低。

为实现最高灵敏度，必须使用具有低噪声和高增益的前置放大器。如果该放大器有足够高的增益(在连接前置放大器时分析仪上显示的噪声至少增加10 dB)，那么前置放大器和分析仪组合的噪声基底将由放大器的噪声特性确定。许多情况下都需要测量被测装置上的寄生信号，以保证信号载波落在特定幅度和频率“板”内。现代频谱分析仪提供电子的限制线能力，它把迹线数据与一组幅度和频率(或时间)参数相比较。