使用频谱分析仪测量场强的方法

2014-04-14 来源:互联网 字号:
了解这些不同后,就可以根据实测情况及所测信号的特点,选择合适的中频带宽。如果要测量间隔25KHz的两相邻信号,若它们的电平相差不大,则用10KHz的中频带宽就可以区分两信号。如果电平相差较大,则必须用3kHz或1kHz的中频带宽才能区分两信号。在选择中频带宽时,还应注意扫描时间,太快会使滤波器来不及响应,导致测量不准。有些频谱仪有自动调节功能,特别是现代较先进的它可将扫描时间自动调节到与扫描频宽、中频带宽相适应。若是手动调节的,应注意一旦中频带宽改变,扫描时间也要相应地变化,以保证准确测量。

如果要测量较弱信号,就要减小中频带宽,使频谱仪的噪声电平低于被测信号。频谱仪一般给出最小中频带宽以下的平均噪声电平,中档频谱仪的典型值为-115dBm。为保证测量结果有效,应使信噪比优于6dB,故它可测量的最小电平为-109dBm即-2dBμV。实际上可测的最小电平还受到频谱仪杂散响应指标的影响,而且当被测信号小于1μV时,通过机壳、电源线等引入干扰会使测量结果不可靠。

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。

频谱仪系采用固定频率的标准信号进行校准,当测量频率不同时就会产生误差。同时,射频衰减器参考电平、中频带宽、显示刻度等的改变都会产生误差。对于现代频谱仪这些误差一般为:

校准信号绝对误差 ±0.3dB
频率响应(包括输入失配) ±0.5~2dB
射频衰减器改变 1~2dB
参考电平改变 0.5dB
中频带宽改变 0.5~1dB
显示刻度改变 1dB
CRT显示非线性误差 1~2dB

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。

作者:武冷茜、程岗,广播电影电视部标准化规划所

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