外接濾波器對提升頻譜儀測試效能的應用綜述

1、外接濾波器對提升頻譜儀測試效能的應用綜述 涂鴻漸戴順民唐純桃陳開仁一、頻譜分析儀的基本構造及靈敏度頻譜分析儀的基本構造（圖1）（一）頻譜儀的靈敏度定義簡言之，頻譜儀的靈敏度（也叫作顯示的平均噪聲電平（ DANL 可以測量的最小信號。對于在室溫下的 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系的，）或本底噪聲）決定了儀器 DANL 的下限為 KTB 所以在各個廠家數(shù)據(jù)手冊或中提到DANL這個指標時需要注明在該指標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是1Hz。這個時候需要注意的是，該頻譜儀的中頻濾波器的最小

2、帶寬是否能夠達到1Hz，如果不是則實際測量時無法測到其標稱的信號。假設數(shù)據(jù)手冊上只寫著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到-110dBm的信號，而不是標稱的-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置條件在測量低電平信號時，特別是測量信號接近頻譜分析儀本底噪聲時，應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，以及測量低電平信號的精度。越窄的 RBW ，越

3、能檢測頻率間隔很近的信號與低電平信號。在測量小信號的時候，一般應該把衰減值設置為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，雖然不影響頻譜分析儀的靈敏度，但可以改善小信號測量精度。（三）頻譜儀的測試效能一方面， 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，因此在條件允許時盡可能選擇使用 DANL 低的分析儀，同時設值合適的衰減、RBW 、 VBW 以及前放功能，以取得盡可能低的底噪。 另一方面， 在使用頻譜儀進行測量時，輸入口往往會同時引入各種電磁信號，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試者的判斷與測定。這時，需要借助一些外接器件如濾波器，連接在頻譜儀的前端，以阻斷無關信號、消除潛在干擾； 客觀上， 這一方法也起到了提高測試靈敏度，彌補一些頻譜儀抑制內(nèi)部失真/干擾能力不足的作用。本文根據(jù)一些實踐案例，對此類方法進行綜述。二、使用濾波器提升頻譜儀測試效能的應用（一）隔離干擾，提升測量精度在電磁環(huán)境測量中， 除了希望測量的信號之外，周邊的其他無線信號也會不可避免的同時落入頻譜儀， 如果這些干擾信號足夠大， 則會引起頻譜儀產(chǎn)生二次諧波，更為嚴重的是引起互調(diào)產(chǎn)物，這些都會導致測量誤差。并建議在頻譜儀或LNA 輸入端加上濾波器來濾除干擾信號，從而避免上述誤差的

5、產(chǎn)生。（二）驗證雜散輸出對 CDMA 直放站帶外輸出雜散進行了探討和測試。CDMA 直放站下行輸出的多個頻點全部在 870 880MHz 頻段內(nèi)。測試時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。其效用是便于清晰地觀察雜散， 又能防止直放站工作頻點在頻譜儀內(nèi)部產(chǎn)生三階互調(diào)產(chǎn)物，以免影響觀測、 誤判為雜散。測試方框圖：（直放站未加裝 870-880 帶通濾波器）測試結果：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、）驗證不同系統(tǒng)天線的空間間隔為驗證同站址移動通信直放站與GSM-R 系統(tǒng)的天線隔離度，需要觀測直放站對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，由于附近其他較強的移動通信下行信號也會一并接收，進入頻譜儀的信號多而雜，有可能導致在頻譜儀內(nèi)部作用產(chǎn)生互調(diào)信號，形成內(nèi)生干擾而無法區(qū)分驗證其來源。因此，在GSM-R收信天線機房饋線口輸出加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。收信天線口加帶通濾波器（圖3）圖 3 中信號是GSM-R 手機開機時的信號，可以明顯看出，GSM-R 信噪比高達30dB。經(jīng)

7、885-909 帶通濾波器濾除所有移動通信（2G、 3G）下行信號后，底噪很?。?105dBm ）。同時對比直放站開啟和關閉情況，測試圖形沒有變化，說明不同系統(tǒng)間天線隔離度沒有引入底噪。（四）查找小干擾信號普通頻譜儀如鳥牌SH-36S 儀表，其標稱DANL 為 -135dBm ，最小分辨帶寬為100Hz ，前放增益 24dB。指出，實際測量底噪時， 在不打開內(nèi)置前放的情況下，即使分辨率帶寬只設3KHz ，受其性能限制，儀表顯示的內(nèi)部噪聲高達-83dBm（含八木天線增益） ，這意味著低于該電平的干擾信號將不能被測出；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可高達-60dBm 以上，完全淹

8、沒了需要捕捉的微弱信號，這將大大限制此類頻譜儀的應用。為改進此問題，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， 且干擾信號強 （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，消除頻譜儀內(nèi)部互調(diào)，提高測試靈敏度。以 CDMA 移動通信系統(tǒng)為例，對于上行干擾測試可將濾波器的 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 -110dBm 左右，極大地增強了測試小干擾信號的能力。連接方法參見圖4：借助外置濾波器

9、測試干擾源設備連接圖（圖4）如靈敏度仍達不到測試極小干擾的要求，則可增加一級外部放大器測試。關于借助濾波器增強頻譜儀性能、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，雖經(jīng)查找問題一直未解決，期間更換過2 個扇區(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的能力（由于干擾信號在-100dBm 左右，此前根本無法測試到），只用一天左右時間，就準確地定位到干擾來源，并最終排查解決。三、總結與注意事項可見， 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，便于干凈地觀察目標頻段，還能抑制內(nèi)部失真，增強靈敏度，降低測量誤差，提高測量精度，從而提升頻譜儀的觀測效能。 這在復雜信號條件下驗證干擾或查找弱信號時往往能起到良好的作用。需要注意的是：1、對不同的儀表，通過外加濾波器所提高的靈敏程度不一樣