使用频谱分析仪测量场强的方法
频谱分析仪是一种应用广泛的信号分析仪器。它可用来测量信号的频率、电平、波形失真、噪声电平、频谱特性等,加上标准天线还可用来测量场强。它的主要特点是:能宽频带连续扫描,并将测得的信号在CRT屏上直观地显示出来。在整个频段内,电平显示范围大于70dB,在无线电电波测量中可以很方便地看出频谱占用和信号活动情况,所以在很多场合,频谱仪正在替代场强仪成为电波测量中一种新的被广泛应用的仪器。但必竟二者设计上有差异,因此使用侧重面应有所有同,否则将会带来很大的测量误差。
二、防止频谱分析仪过载
一般测试接收机的输入端都有带有调谐式高放电路,以抑制带外信号,提高灵敏度。而频谱分析仪由于其宽带连续快速扫描的特性,输入端一般都直接接到第一混频器上。当信号电平较高时,混频器工作在非线性变频状态,将产生高阶互调和混频增益压缩,而且过高的电平(一般大于5dBm)将烧坏混频器,故在使用中要合理地选择射频衰减器以确保线性工作状态。
三、选择合适的中频带宽
频谱仪的中频带宽(又称分辨率带宽)很多,从1MHz到1kHz以下约有10档左右。但由于频谱仪的连续扫描特性,它的滤波器是高斯型的矩形系数较大,一般60dB:3dB带宽为10:1。而测试接收机的中频滤波器矩形系数较小,一般60dB:6dB带宽为2:1(一般测试接收机为双调谐回路,且B3=0.8B6)。频谱仪的噪声系数较大,典型值为19dB,因此在频带宽相同的情况下,频谱仪的噪声电平比测试接收机高。
四、怎样保证测量精度
测试接收机都装有标准脉冲振荡器,以便在测量状态,如频率、衰减器、中频带宽改变时随时可进行校准。其测量精度主要由标准振荡器的准确度及输入失配误差来决定,一般为±2dB。
粗看起来,这些误差相加超过4.5dB,但实际上与测量方法有很大关系。测量时,如能保持与校准时的仪器设置状态一样,就可使误差减至最小。一般是采用中频替代法,即在不改变中频带宽及显示刻度的情况下,通过改变参考电平。使校准信号电平与被测信号电平等于相应的参考电平时,则被测信号电平值等于校准信号电平值加上参考电平的改变量。值得注意的是,测量时保持信噪比大于12dB,这种测量的误差仅取决于整个误差的前四项可达到±2dB。
当然,也可用一台校准信号发生器的相同频率来替代被测信号进行标定,那样测出的精度会更高。
五、对各种工业干扰场强的测量
目前频谱分析仪所显示的是被测信号的瞬时峰值,而国家标准和国际上对工业干扰推荐使用准峰值测量,准峰值检波器可以模拟人耳对各种工业脉冲干扰的主观特性,具有规定的充放电时间常数。国家标准规定准峰值检波器的充、放电时间常数是:在150KHz~30MHz,为1ms和160ms;在30-1000MHz则是1ms和550ms。峰值检波器的时间常数没有明确的规定,其充电时间常数又远远小于准峰值检波器,一般充电时间常数在微秒级,而放电时间常数则在毫秒级,甚至秒级。严格讲来,按照CISPR对准峰值测量的规定,频谱分析仪不完全适合准峰值测量的规定,频谱分析仪不完全适合准峰值测量,但为了扩展应用范围,美国HP公司、西德R/S公司和日本武田理研公司等均在其生产的频谱仪上增加了CISPR测量(准峰值测量)一档,作为选件配置(定货时要说明)。使用时应注意,按照准峰值时间常数规定,频谱仪的扫描速度要慢,一般应大于3~10s/MHz,或者手动扫描。显然如果要进行宽频率范围或全频段搜索扫描测量,这样慢的扫速是无法令人接受的。但是加了CISPR档的频谱仪大多具有微处理器以及自动测试功能,所以只要在测量方法上稍加改进便可解决准峰值充、放电时间常数带来的测量矛盾。此方法是先用峰值档快速全频段扫描,找出干扰最大的几个频率点,而后用准峰值在这几个频点附近慢慢地扫描,以判定是否合格。这些操作一般均可用自动测试软件完成,也可以手动完成。
此外,增加了CISPR档的频谱仪多半属于台式仪器,体积和重量都较大,仅适合于试验室或固定台站使用,不适于野外移动作业。HP公司虽然推出一些便携式频谱仪,但不具备准峰值测量功能,对工业干扰场强的监测也不适宜。倒是日本武田理研公司在八十年代初推出一种中档、便携式频谱仪,TR-4132(50Ω系统)/TR-4132N(75Ω系统),非常适合野外移或作业,其CISPR档为标准配置,即可以进行一般的信号场强的测量。这种仪器最小分辨率带宽不很高,仅为300HZ,对一般无线电监测业务和工业干扰测量基本够用。它的优点是,可以在交流、直流和汽车供电的情况下工作,显示直接按dBμV刻度。如果选择配套的天线进行测量,则天线校正系数自动加入最终结果;还可以选购波形存储器,将被测信号频谱记录下来,供测试人员分析、拍照,或者通过XY记录仪打印出来;也可以选加GP-IB附件和微机组成的自动、测量系统。该仪器仅主机系统报价就150万日元,再加上附件、天线等报价也约150万日元,如果改用国产天线,则可以大大节省经费开支。
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