外接濾波器對(duì)提升頻譜儀測(cè)試效能的應(yīng)用綜述

1、外接濾波器對(duì)提升頻譜儀測(cè)試效能的應(yīng)用綜述 涂鴻漸戴順民唐純桃陳開仁一、頻譜分析儀的基本構(gòu)造及靈敏度頻譜分析儀的基本構(gòu)造（圖1）（一）頻譜儀的靈敏度定義簡(jiǎn)言之，頻譜儀的靈敏度（也叫作顯示的平均噪聲電平（ DANL 可以測(cè)量的最小信號(hào)。對(duì)于在室溫下的 1Hz 噪聲帶寬，理論上 -174dBm 。DANL 與中頻濾波器帶寬和衰減器的大小是有關(guān)系的，）或本底噪聲）決定了儀器 DANL 的下限為 KTB 所以在各個(gè)廠家數(shù)據(jù)手冊(cè)或中提到DANL這個(gè)指標(biāo)時(shí)需要注明在該指標(biāo)下中頻濾波器帶寬和衰減器的大小。特別是中頻濾波器帶寬的大小如果沒有特別說明則默認(rèn)是1Hz。這個(gè)時(shí)候需要注意的是，該頻譜儀的中頻濾波器的最小

2、帶寬是否能夠達(dá)到1Hz，如果不是則實(shí)際測(cè)量時(shí)無法測(cè)到其標(biāo)稱的信號(hào)。假設(shè)數(shù)據(jù)手冊(cè)上只寫著DANL 為 -140dBm ，且中頻濾波器帶寬最小值為1kHz ，可知該頻譜儀最小能夠測(cè)到-110dBm的信號(hào)，而不是標(biāo)稱的-140dBm 。以安捷倫手持式頻譜分析儀N9340B為例，其最小RBW為 30Hz ，此時(shí)DANL為 -124dBm ，使用前置放大器（20dB增益）后是144dBm 。（二）影響頻譜儀靈敏度的設(shè)置條件在測(cè)量低電平信號(hào)時(shí)，特別是測(cè)量信號(hào)接近頻譜分析儀本底噪聲時(shí)，應(yīng)減小頻譜分析儀的射頻衰減和分辨帶寬（RBW ），從而提高頻譜分析儀的靈敏度，以及測(cè)量低電平信號(hào)的精度。越窄的 RBW ，越

3、能檢測(cè)頻率間隔很近的信號(hào)與低電平信號(hào)。在測(cè)量小信號(hào)的時(shí)候，一般應(yīng)該把衰減值設(shè)置為0，以便提高靈敏度，如果靈敏度還是不夠，則可以打開前置放大器（靈敏度大約提高數(shù)十dB）。另外，減少視頻帶寬（VBW ）和采用視頻平均技術(shù)，雖然不影響頻譜分析儀的靈敏度，但可以改善小信號(hào)測(cè)量精度。（三）頻譜儀的測(cè)試效能一方面， 由于頻譜儀的靈敏度水平在很大程度上受制于其自身因素，因此在條件允許時(shí)盡可能選擇使用 DANL 低的分析儀，同時(shí)設(shè)值合適的衰減、RBW 、 VBW 以及前放功能，以取得盡可能低的底噪。 另一方面， 在使用頻譜儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，輸入口往往會(huì)同時(shí)引入各種電磁信號(hào)，在一定的條件下， 它們可能在頻譜儀內(nèi)部抬

4、高儀器底噪水平或者干擾到測(cè)試者的判斷與測(cè)定。這時(shí)，需要借助一些外接器件如濾波器，連接在頻譜儀的前端，以阻斷無關(guān)信號(hào)、消除潛在干擾； 客觀上， 這一方法也起到了提高測(cè)試靈敏度，彌補(bǔ)一些頻譜儀抑制內(nèi)部失真/干擾能力不足的作用。本文根據(jù)一些實(shí)踐案例，對(duì)此類方法進(jìn)行綜述。二、使用濾波器提升頻譜儀測(cè)試效能的應(yīng)用（一）隔離干擾，提升測(cè)量精度在電磁環(huán)境測(cè)量中， 除了希望測(cè)量的信號(hào)之外，周邊的其他無線信號(hào)也會(huì)不可避免的同時(shí)落入頻譜儀， 如果這些干擾信號(hào)足夠大， 則會(huì)引起頻譜儀產(chǎn)生二次諧波，更為嚴(yán)重的是引起互調(diào)產(chǎn)物，這些都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差。并建議在頻譜儀或LNA 輸入端加上濾波器來濾除干擾信號(hào)，從而避免上述誤差的

5、產(chǎn)生。（二）驗(yàn)證雜散輸出對(duì) CDMA 直放站帶外輸出雜散進(jìn)行了探討和測(cè)試。CDMA 直放站下行輸出的多個(gè)頻點(diǎn)全部在 870 880MHz 頻段內(nèi)。測(cè)試時(shí)在頻譜分析儀輸入端接衰減器，以使頻譜分析儀的射頻輸入信號(hào)小于所允許的安全電平。在頻譜儀安捷倫E9340B 的前端還加入了一個(gè)帶阻濾波器（870MHz 880MHz ），用于濾除直放站輸出工作頻段內(nèi)的全部信號(hào)。其效用是便于清晰地觀察雜散， 又能防止直放站工作頻點(diǎn)在頻譜儀內(nèi)部產(chǎn)生三階互調(diào)產(chǎn)物，以免影響觀測(cè)、 誤判為雜散。測(cè)試方框圖：（直放站未加裝 870-880 帶通濾波器）測(cè)試結(jié)果：圖2 中雜散明晰地顯示了出來。直放站輸出加帶阻濾波器（圖2）（三

6、）驗(yàn)證不同系統(tǒng)天線的空間間隔為驗(yàn)證同站址移動(dòng)通信直放站與GSM-R 系統(tǒng)的天線隔離度，需要觀測(cè)直放站對(duì)GSM-R 系統(tǒng)的上行干擾情況。如將頻譜儀直接接在GSM-R 天線后面，由于附近其他較強(qiáng)的移動(dòng)通信下行信號(hào)也會(huì)一并接收，進(jìn)入頻譜儀的信號(hào)多而雜，有可能導(dǎo)致在頻譜儀內(nèi)部作用產(chǎn)生互調(diào)信號(hào)，形成內(nèi)生干擾而無法區(qū)分驗(yàn)證其來源。因此，在GSM-R收信天線機(jī)房饋線口輸出加885-909 帶通濾波器（ 885-909MHz 是 GSM-R 系統(tǒng)的上行工作頻段） ，以屏蔽其它所有的信號(hào)。收信天線口加帶通濾波器（圖3）圖 3 中信號(hào)是GSM-R 手機(jī)開機(jī)時(shí)的信號(hào)，可以明顯看出，GSM-R 信噪比高達(dá)30dB。經(jīng)

7、885-909 帶通濾波器濾除所有移動(dòng)通信（2G、 3G）下行信號(hào)后，底噪很?。?105dBm ）。同時(shí)對(duì)比直放站開啟和關(guān)閉情況，測(cè)試圖形沒有變化，說明不同系統(tǒng)間天線隔離度沒有引入底噪。（四）查找小干擾信號(hào)普通頻譜儀如鳥牌SH-36S 儀表，其標(biāo)稱DANL 為 -135dBm ，最小分辨帶寬為100Hz ，前放增益 24dB。指出，實(shí)際測(cè)量底噪時(shí)， 在不打開內(nèi)置前放的情況下，即使分辨率帶寬只設(shè)3KHz ，受其性能限制，儀表顯示的內(nèi)部噪聲高達(dá)-83dBm（含八木天線增益） ，這意味著低于該電平的干擾信號(hào)將不能被測(cè)出；而若開啟內(nèi)置前放，則儀表內(nèi)部產(chǎn)生的非線性失真信號(hào)可高達(dá)-60dBm 以上，完全淹

8、沒了需要捕捉的微弱信號(hào)，這將大大限制此類頻譜儀的應(yīng)用。為改進(jìn)此問題，采用在頻譜儀前串接濾波器、再開啟內(nèi)置前放的方法，可將靈敏度提高到-115dBm ，極大地提升了頻譜儀的性能。 也就是說， 如果距離干擾源較近， 且干擾信號(hào)強(qiáng) （大于頻譜儀的靈敏度） ，可直接用頻譜儀和八木天線掃描定位，否則可在頻譜儀前加濾波器，以濾掉帶外信號(hào)，消除頻譜儀內(nèi)部互調(diào)，提高測(cè)試靈敏度。以 CDMA 移動(dòng)通信系統(tǒng)為例，對(duì)于上行干擾測(cè)試可將濾波器的 825MHz 835MHz 輸出口連接至頻譜儀， 再打開頻譜儀的前放， 則靈敏度可達(dá) -110dBm 左右，極大地增強(qiáng)了測(cè)試小干擾信號(hào)的能力。連接方法參見圖4：借助外置濾波器

9、測(cè)試干擾源設(shè)備連接圖（圖4）如靈敏度仍達(dá)不到測(cè)試極小干擾的要求，則可增加一級(jí)外部放大器測(cè)試。關(guān)于借助濾波器增強(qiáng)頻譜儀性能、排查干擾的案例： 2010 年 8 月份，常德下南門電信基站1、2 扇區(qū)因受附近高層一廢棄無線直放站微弱的干擾，底噪一直較高，受限于頻譜儀本身的功能不強(qiáng)，雖經(jīng)查找問題一直未解決，期間更換過2 個(gè)扇區(qū)的天線，并多次更換饋線電纜頭。后來通過頻譜儀外接濾波器，提高了跟蹤捕捉微弱干擾信號(hào)的能力（由于干擾信號(hào)在-100dBm 左右，此前根本無法測(cè)試到），只用一天左右時(shí)間，就準(zhǔn)確地定位到干擾來源，并最終排查解決。三、總結(jié)與注意事項(xiàng)可見， 在頻譜儀前端按需要引入各種濾波器，除開能隔離無用信號(hào)，便于干凈地觀察目標(biāo)頻段，還能抑制內(nèi)部失真，增強(qiáng)靈敏度，降低測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度，從而提升頻譜儀的觀測(cè)效能。 這在復(fù)雜信號(hào)條件下驗(yàn)證干擾或查找弱信號(hào)時(shí)往往能起到良好的作用。需要注意的是：1、對(duì)不同的儀表，通過外加濾波器所提高的靈敏程度不一樣