噪声电平影响因素
频谱仪的本底噪声,规范的名称是显示平均噪声电平(DANL),该指标体现频谱仪的弱信号测量能力,体现频谱仪的接收灵敏度。在频谱仪手册中,给出的DANL指标,注明测试设置条件,包括测试分辨率带宽RBW(或归一化分辨率带宽)、内置射频衰减器设置为零、前置放大器的开关、参考电平以及检波器设置等。另外视频带宽VBW和轨迹曲线的平均方式,也会影响DANL的数值。
衰减器
DANL测试时,频谱仪内置衰减器应当设置为零。衰减器设置为零的前提条件,是频谱仪参考电平设为一个小于0dBm的较低值(如-50dBm),这样中频放大器增益最大,灵敏度最高。
衰减器使外部输入信号电平衰减,频谱仪电平读数自动补偿内置衰减器的设置值。
由于频谱仪底噪声来自于自身,而不是外部输入,所以衰减器设置增大xdB则显示的底噪声电平相应增大ATT=xdB,噪声电平显示值的xdB变化来自频谱仪自身的频谱电平修正补偿:L=DANL+ATT。输入信号电平测试值自动补偿后保持不变,如下图:
前置放大器
打开前置放大器,可以降低噪声电平DANL,这是因为频谱仪将放大器的增益G和噪声系数NF自动补偿显示噪声电平:DANL-G+NF。注意,当衰减器设置为自动时,打开前置放大器的同时,会增大衰减器的设置值,从而抬高噪声电平。
因此,DANL指标,对应前置放大器开/关两组数据,而且衰减器都要设置为零。
分辨率带宽
分辨率带宽越大,显示噪声电平越高。频谱仪DNAL指标通常归一化为1Hz:DANL(dBm/Hz) = L(dBm)-10·lg(RBW/1Hz)
视频带宽
频谱仪的视频滤波器是低通滤波器,是为了滤除平滑中频包络的毛刺,常用的信号频谱测量设置是VBW>RBW,而在噪声测试时,有时为了获取稳定的噪声频谱,常设VBW<<RBW。这种减小VBW测量噪声的方法,在DNAL指标测量中不常用,通常使用迹线平均的方法,获得稳定频谱。
检波器
噪声功率测量的检波器一般设置为RMS或Sample。
迹线平均
平均类型有对数平均、线性平均和功率平均。噪声测量平均设置要求是线性平均或功率平均。显示平均噪声电平DANL涉及的平均,需要遵循此原则。
噪声测量功能
有Noise power或Noise marker测试功能的频谱仪,通常可以不拘泥特定检波器和分辨率带宽,可以实现自动修正计算噪声功率电平。
频谱测试中的噪声电平
当频谱仪信号输入很小或无信号时,显示的噪声电平与频谱仪自身设置相关:
L = DANL(dBm/Hz)+10·lg(RBW)+ATT-G+NF
● 衰减设置值ATT(dB)
● 分辨率带宽RBW(Hz)
● 前置放大器增益G(dB)
● 前置放大器噪声系数NF(dB)
● 如果对数平均,噪声电平读数修正-2.5dB
当频谱中同时存在大信号的噪声电平,受到中频检波动态范围限制,频谱显示的最大信号电平与显示噪声电平之间的动态范围受限。
通常,在大于0dBm信号电平L(dBm)时,显示的噪声电平最低L-100dB左右,达到最低显示噪声电平后,无法通过频谱仪自身设置进一步降低噪声电平,此时的噪声电平远大于DANL指标。