使用頻譜分析儀測量場強(qiáng)的方法

使用頻譜分析儀測量場強(qiáng)的方法頻譜分析儀是一種應(yīng)用廣泛的信號分析儀器。它可用來測量信號的頻率、電平、波形失真、噪聲電平、頻譜特性等，加上標(biāo)準(zhǔn)天線還可用來測量場強(qiáng)。它的主要特點(diǎn)是：能寬頻帶連續(xù)掃描，并將測得的信號在CRT屏上直觀地顯示出來。在整個(gè)頻段內(nèi)，電平顯示范圍大于70dB，在無線電電波測量中可以很方便地看出頻譜占用和信號活動情況，所以在很多場合，頻譜儀正在替代場強(qiáng)儀成為電波測量中一種新的被廣泛應(yīng)用的儀器。但必竟二者設(shè)計(jì)上有差異，因此使用側(cè)重面應(yīng)有所有同，否則將會帶來很大的測量誤差。一、電平刻度的轉(zhuǎn)換和阻抗匹配問題通常，頻譜儀的顯示刻度單位是dBm，而在場強(qiáng)測量和有關(guān)電波傳播問題討論中，習(xí)慣采用dBμv/m為單位，因此首先就有一個(gè)單位轉(zhuǎn)換問題。實(shí)際上場強(qiáng)測量就是標(biāo)準(zhǔn)天線端感應(yīng)電壓的測量，因此只要將頻譜儀的讀數(shù)換算成電壓單位，加上天線的天線系數(shù)即可求得待測場強(qiáng)。頻譜儀的單位換算系數(shù)隨其輸入阻抗的不同而不同，對于50Ω系統(tǒng)，VdBuV=PdBm+107dB而對于75Ω系統(tǒng)，則VdBuV=PdBm+108.8dB現(xiàn)代頻譜儀多采用微機(jī)處理，顯示刻度可以自動轉(zhuǎn)換。在實(shí)際測量中要特別注意天線阻抗與測試系統(tǒng)的匹配問題，避免產(chǎn)生失配誤差。由于頻譜儀在使用中是進(jìn)行寬帶掃描，所以所用天線要求也都是寬帶天線，而寬帶天線的VSWR一般都較大，如果與頻譜儀聯(lián)接的不是匹配天線，則要對所用天線的天線系數(shù)重新校對。在實(shí)際測量中，輸入衰減器不宜放在0dB的位置，如果衰減器置0，輸入信號直接接到混頻器上，則阻抗特性變差，造成較大的失配誤差。二、防止頻譜分析儀過載一般測試接收機(jī)的輸入端都有帶有調(diào)諧式高放電路，以抑制帶外信號，提高靈敏度。而頻譜分析儀由于其寬帶連續(xù)快速掃描的特性，輸入端一般都直接接到第一混頻器上。當(dāng)信號電平較高時(shí)，混頻器工作在非線性變頻狀態(tài)，將產(chǎn)生高階互調(diào)和混頻增益壓縮，而且過高的電平（一般大于5dBm）將燒壞混頻器，故在使用中要合理地選擇射頻衰減器以確保線性工作狀態(tài)。為使混頻器進(jìn)行線性變頻，中頻放大器進(jìn)行線性放大，使示波屏上出現(xiàn)的假響應(yīng)電平縮至最小，這就要求加在混頻器上的輸入信號功率越小越好；而為了擴(kuò)大測量電平的動態(tài)范圍，則要求輸入功率越大越好。為此對輸入信號電平的選擇有如下三個(gè)規(guī)定：（1）最佳輸入信號電平在頻譜儀輸入混頻器上輸入信號時(shí)，使所產(chǎn)生的失真電平小于某個(gè)規(guī)定電平時(shí)的輸入信號電平叫最佳輸入電平。它隨混頻器的構(gòu)造不同而有所不同，通常頻譜儀的最佳輸入電平是-30dBm。用這樣的電平輸入時(shí)，規(guī)定頻譜儀產(chǎn)生的失真電平和假響應(yīng)電平小于-90dBm，即在-30dBm到-90dBm間出現(xiàn)的信號是真正的信號，這時(shí)，顯示器的動態(tài)范圍有60dB。（2）線性輸入信號電平使輸入混頻器的特性保持線性的最大輸入信號電平叫線性輸入電平。所謂“線性”，是指允許輸入混頻器有1dB的增益壓縮。增益壓縮1dB,約產(chǎn)生12.2%的誤差。當(dāng)加到混頻器的信號電平在線性輸入電平范圍內(nèi)時(shí)，則增益壓壓縮小于1dB，這并不意味著在頻譜儀顯示器上不同生失真響應(yīng)和假響應(yīng)。只有當(dāng)輸入到混頻器的信號功率等于最佳輸入電平時(shí)，在示波屏上才不出現(xiàn)假響應(yīng)。通常，頻譜儀的線性輸入電平是-5dBm到-10dBm，視輸入混頻器的特性而定。（3）最大輸入電平頻譜儀輸入回的燒毀電平叫頻譜儀的最大輸入電平。它由輸入衰減器和混頻器的特性決定。輸入混頻器的燒毀電平的典型值是+10dBm，輸入衰減器的燒毀電平是+30dBm。在實(shí)際測量中，為使測量不失真，或使假響應(yīng)電平減至最小，應(yīng)經(jīng)常使用最佳輸入電平。就輸入端是單個(gè)大信號而言。采用最佳輸入電平，將會得到較滿意的測量結(jié)果。但當(dāng)輸入端存在多個(gè)高電平信號時(shí)，即使這些信號可能在頻譜儀的工作頻帶外，終因輸入端沒有選擇性，這些信號功率的迭加很容易使混頻器過載產(chǎn)生高階交互調(diào)失真，從而產(chǎn)生假響應(yīng)，因此有必要對所測信號以外的信號功率加以衰減，最好的辦法是加一個(gè)跟蹤濾波器，即預(yù)選器，如美國HP公司和西德R/S公司都有為其頻譜儀配套的預(yù)選器。有些頻譜分析儀沒有配套的預(yù)選器，但可根據(jù)測量頻段加固定的帶通濾波器。此時(shí)，用頻譜分析儀和跟蹤信號發(fā)生器對通帶內(nèi)波動、插入損耗仔細(xì)進(jìn)行測量并一一記錄下來，在測量場強(qiáng)時(shí)計(jì)入到天線校正系數(shù)去。如果連帶通濾波器也沒有，那么可按照所測頻段配置合適的高通濾波器。實(shí)踐證明，強(qiáng)電臺及電磁干擾大多集中在中、短波及調(diào)頻波段、VHF低端，在采用高通濾波器后，可把被測頻段以下的信號衰減40dB以上，這樣可大大減少互調(diào)、交調(diào)失真。檢驗(yàn)混頻器是否工作在最佳狀態(tài)，可以采用射頻衰減器增加10dB，顯示減少10dB的方法驗(yàn)證。通常，-30~-35dBm為混頻器的最佳工作狀態(tài)，即頻譜儀的最佳輸入電平為-30~-35dBm。最佳輸入電平的擇定為以后進(jìn)一步的精確測量打下了良好基礎(chǔ)。三、選擇合適的中頻帶寬頻譜儀的中頻帶寬（又稱分辨率帶寬）很多，從1MHz到1kHz以下約有10檔左右。但由于頻譜儀的連續(xù)掃描特性，它的濾波器是高斯型的矩形系數(shù)較大，一般60dB：3dB帶寬為1