使用頻譜分析儀測量場強的方法
頻譜分析儀是一種應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,加上標準天線還可用來測量場強。它的主要特點是:能寬頻帶連續掃描,並將測得的信號在CRT屏上直觀地顯示出來。在整個頻段內,電平顯示範圍大於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儀成為電波測量中一種新的被廣泛應用的儀器。但必竟二者設計上有差異,因此使用側重麵應有所有同,否則將會帶來很大的測量誤差。
二、防止頻譜分析儀過載
一般測試接收機的輸入端都有帶有調諧式高放電路,以抑製帶外信號,提高靈敏度。而頻譜分析儀由於其寬帶連續快速掃描的特性,輸入端一般都直接接到第一混頻器上。當信號電平較高時,混頻器工作在非線性變頻狀態,將產生高階互調和混頻增益壓縮,而且過高的電平(一般大於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。
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。但由於頻譜儀的連續掃描特性,它的濾波器是高斯型的矩形係數較大,一般60dB:3dB帶寬為10:1。而測試接收機的中頻濾波器矩形係數較小,一般60dB:6dB帶寬為2:1(一般測試接收機為雙調諧回路,且B3=0.8B6)。頻譜儀的噪聲係數較大,典型值為19dB,因此在頻帶寬相同的情況下,頻譜儀的噪聲電平比測試接收機高。
四、怎樣保證測量精度
測試接收機都裝有標準脈衝振蕩器,以便在測量狀態,如頻率、衰減器、中頻帶寬改變時隨時可進行校準。其測量精度主要由標準振蕩器的準確度及輸入失配誤差來決定,一般為±2dB。
粗看起來,這些誤差相加超過4.5dB,但實際上與測量方法有很大關係。測量時,如能保持與校準時的儀器設置狀態一樣,就可使誤差減至最小。一般是采用中頻替代法,即在不改變中頻帶寬及顯示刻度的情況下,通過改變參考電平。使校準信號電平與被測信號電平等於相應的參考電平時,則被測信號電平值等於校準信號電平值加上參考電平的改變量。值得注意的是,測量時保持信噪比大於12dB,這種測量的誤差僅取決於整個誤差的前四項可達到±2dB。
當然,也可用一台校準信號發生器的相同頻率來替代被測信號進行標定,那樣測出的精度會更高。
五、對各種工業幹擾場強的測量
目前頻譜分析儀所顯示的是被測信號的瞬時峰值,而國家標準和國際上對工業幹擾推薦使用準峰值測量,準峰值檢波器可以模擬人耳對各種工業脈衝幹擾的主觀特性,具有規定的充放電時間常數。國家標準規定準峰值檢波器的充、放電時間常數是:在150KHz~30MHz,為1ms和160ms;在30-1000MHz則是1ms和550ms。峰值檢波器的時間常數沒有明確的規定,其充電時間常數又遠遠小於準峰值檢波器,一般充電時間常數在微秒級,而放電時間常數則在毫秒級,甚至秒級。嚴格講來,按照CISPR對準峰值測量的規定,頻譜分析儀不完全適合準峰值測量的規定,頻譜分析儀不完全適合準峰值測量,但為了擴展應用範圍,美國HP公司、西德R/S公司和日本武田理研公司等均在其生產的頻譜儀上增加了CISPR測量(準峰值測量)一檔,作為選件配置(定貨時要說明)。使用時應注意,按照準峰值時間常數規定,頻譜儀的掃描速度要慢,一般應大於3~10s/MHz,或者手動掃描。顯然如果要進行寬頻率範圍或全頻段搜索掃描測量,這樣慢的掃速是無法令人接受的。但是加了CISPR檔的頻譜儀大多具有微處理器以及自動測試功能,所以隻要在測量方法上稍加改進便可解決準峰值充、放電時間常數帶來的測量矛盾。此方法是先用峰值檔快速全頻段掃描,找出幹擾最大的幾個頻率點,而後用準峰值在這幾個頻點附近慢慢地掃描,以判定是否合格。這些操作一般均可用自動測試軟件完成,也可以手動完成。
此外,增加了CISPR檔的頻譜儀多半屬於台式儀器,體積和重量都較大,僅適合於試驗室或固定台站使用,不適於野外移動作業。HP公司雖然推出一些便攜式頻譜儀,但不具備準峰值測量功能,對工業幹擾場強的監測也不適宜。倒是日本武田理研公司在八十年代初推出一種中檔、便攜式頻譜儀,TR-4132(50Ω係統)/TR-4132N(75Ω係統),非常適合野外移或作業,其CISPR檔為標準配置,即可以進行一般的信號場強的測量。這種儀器最小分辨率帶寬不很高,僅為300HZ,對一般無線電監測業務和工業幹擾測量基本夠用。它的優點是,可以在交流、直流和汽車供電的情況下工作,顯示直接按dBμV刻度。如果選擇配套的天線進行測量,則天線校正係數自動加入最終結果;還可以選購波形存儲器,將被測信號頻譜記錄下來,供測試人員分析、拍照,或者通過XY記錄儀打印出來;也可以選加GP-IB附件和微機組成的自動、測量係統。該儀器僅主機係統報價就150萬日元,再加上附件、天線等報價也約150萬日元,如果改用國產天線,則可以大大節省經費開支。
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