提高無(wú)線電監(jiān)測(cè)設(shè)備靈敏度的方法分析

江建興，葉淋美

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站，廈門 361004）

提高無(wú)線電監(jiān)測(cè)設(shè)備靈敏度的方法分析

江建興，葉淋美

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站，廈門 361004）

本文首先分析了監(jiān)測(cè)接收機(jī)和頻譜分析儀靈敏度指標(biāo)的定義方式，并對(duì)監(jiān)測(cè)站內(nèi)常用的監(jiān)測(cè)接收機(jī)和頻譜分析儀的靈敏度進(jìn)行了比較，然后研究了提高儀器靈敏度的參數(shù)設(shè)置方法，能夠?qū)μ岣弑O(jiān)測(cè)工作效率提供一定的幫助。

監(jiān)測(cè)接收機(jī)；頻譜分析儀；靈敏度；參數(shù)設(shè)置

1 引言

無(wú)線電監(jiān)測(cè)工作中常常會(huì)遇到各種干擾情況，如衛(wèi)星頻段信號(hào)頻率高、衰減快、方向性強(qiáng)，在干擾排查過(guò)程中，干擾信號(hào)電平較弱，能否成功搜索、捕捉干擾信號(hào)并最終確認(rèn)干擾源位置與所使用測(cè)量?jī)x器的靈敏度有關(guān)，因?yàn)殪`敏度衡量了無(wú)線電接收設(shè)備對(duì)弱信號(hào)的測(cè)量能力。本文基于監(jiān)測(cè)接收機(jī)和頻譜儀的靈敏度對(duì)比，探討了干擾排查工作中選擇合適的測(cè)量設(shè)備方法，并提出了提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)靈敏度的參數(shù)設(shè)置方法。

2 頻譜分析儀與監(jiān)測(cè)接收機(jī)的靈敏度指標(biāo)定義

頻譜分析儀靈敏度指標(biāo)定義為平均噪聲電平（DANL，Display Average Noise Level），它是由電路元件的隨機(jī)電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲經(jīng)過(guò)頻譜儀多級(jí)增益的放大后作為噪聲信號(hào)出現(xiàn)在顯示屏上，限制了頻譜儀搜索和測(cè)量低電平信號(hào)的能力[1]。

監(jiān)測(cè)接收機(jī)的靈敏度指標(biāo)則定義為噪聲系數(shù)（NF，Noise Figure），它代表信號(hào)通過(guò)接收機(jī)時(shí)信噪比的惡化程度。可以將噪聲系數(shù)表示為

式中，F(xiàn)是以功率比表示的噪聲系數(shù)；Si為輸入信號(hào)功率；Ni為輸入噪聲功率；So為輸出信號(hào)功率；No為輸出噪聲功率。由于輸出端（屏幕顯示）和輸入端（輸入連接器）的信號(hào)電平相同，即Si=SO，所以噪聲系數(shù)可簡(jiǎn)化為

噪聲系數(shù)通常以對(duì)數(shù)形式表示：NF=10log(F) =10[log(NO)-log(Ni)]。雖然監(jiān)測(cè)接收機(jī)和頻譜分析儀對(duì)靈敏度指標(biāo)的定義不同，但可以通過(guò)如下公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換

式中，RBW指分辨率帶寬；kTB代表熱噪聲功率，與溫度和分辨率帶寬有關(guān)。在室溫（27℃，約290K）下，連接在儀器輸入端的50歐姆匹配負(fù)載被看作一個(gè)290K的熱噪聲源，這個(gè)噪聲功率歸一化（帶寬為1Hz）后為-174dBm。

3 監(jiān)測(cè)接收機(jī)與頻譜分析儀的靈敏度對(duì)比

Agilent便攜頻譜分析儀N9344C和R&S便攜監(jiān)測(cè)接收機(jī)PR100如圖1所示，是日常監(jiān)測(cè)工作使用較多的儀器，技術(shù)資料中靈敏度指標(biāo)如表1所示[2,3]。其中，輸入衰減為0dB，頻譜儀分辨率帶寬為1kHz。

圖1 常用的監(jiān)測(cè)設(shè)備

表1 設(shè)備靈敏度指標(biāo)

從表1中可以看出，頻譜儀的靈敏度指標(biāo)DANL和接收機(jī)NF，隨著頻段升高而變差。我們對(duì)表中數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)并根據(jù)公式轉(zhuǎn)換，將兩者進(jìn)行對(duì)比如表2所示。

表2 頻譜分析儀與監(jiān)測(cè)接收機(jī)的靈敏度對(duì)比

從表2中可以看出，高頻段（3-7GHz），頻譜分析儀N9344C的靈敏度優(yōu)于監(jiān)測(cè)接收機(jī)PR100，而在低頻段（1-3MHz），情況正好相反。根據(jù)ITU的建議，日常監(jiān)測(cè)工作一般使用監(jiān)測(cè)接收機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、解調(diào)、解調(diào)音錄制、技術(shù)分析、頻譜占用度統(tǒng)計(jì)等[4]。而頻譜分析儀頻率測(cè)量范圍寬，N9344C支持最高達(dá)20GHz的頻率測(cè)量，所以在實(shí)際監(jiān)測(cè)任務(wù)中，應(yīng)根據(jù)工作需要選擇合適的測(cè)量設(shè)備。

4 提高系統(tǒng)靈敏度的方法

（1）減小衰減器的衰減量。射頻信號(hào)進(jìn)入儀器內(nèi)部前首先會(huì)通過(guò)衰減器，它是一種保護(hù)電路，防止輸入信號(hào)電平過(guò)高出現(xiàn)增益壓縮而導(dǎo)致失真，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生過(guò)載造成電路損壞。中頻放大器自動(dòng)補(bǔ)償衰減器的損失，從而使得儀器顯示的信號(hào)電平不受衰減器影響。然而，儀器內(nèi)部噪聲主要來(lái)自于中頻放大器的第一級(jí)，中頻放大器在放大信號(hào)的同時(shí)也把噪聲電平提高了，即信噪比惡化了。衰減器衰減量每增加10dB，儀器內(nèi)部噪聲電平就會(huì)提高10dB。所以，在測(cè)量弱信號(hào)時(shí)，我們需要盡可能的減小衰減量，以減低本底噪聲電平。

（2）降低分辨率帶寬。分辨率帶寬也會(huì)影響信噪比或靈敏度，分析儀產(chǎn)生的噪聲是隨機(jī)的并且在寬頻率范圍內(nèi)保持恒定的幅度。因?yàn)榉直媛剩ɑ蚍Q中頻）帶寬濾波器位于第一增益級(jí)之后，通過(guò)濾波器的總噪聲功率由濾波器的帶寬決定。該噪聲信號(hào)被檢測(cè)并最終顯示出來(lái)。噪聲信號(hào)的隨機(jī)屬性使得顯示電平按此規(guī)律變化 10log(BW2/BW1) ，其中，BW1為起始分辨率帶寬；BW2為終止分辨率帶寬，所以如果將分辨率帶寬改變10倍，顯示的噪聲電平會(huì)改變10dB。

（3）使用前置放大器。通過(guò)在儀器前端放置一個(gè)合適的前置放大器，可以降低系統(tǒng)（前置放大器和儀器）的噪聲系數(shù)，也就改進(jìn)了系統(tǒng)的靈敏度。如果前置放大器的增益加噪聲系數(shù)比儀器的DANL高至少15dB時(shí)，那么系統(tǒng)的噪聲系數(shù)將得到改善，比前置放大器的大概低2.5dB。所以想要更好的提高靈敏度，應(yīng)該選擇一個(gè)高增益、低噪聲系數(shù)的前置放大器。但需要注意的是，在計(jì)算信號(hào)實(shí)際功率時(shí)，需要將儀器顯示結(jié)果減去前置放大器的增益。

（4）利用視頻濾波器。測(cè)量?jī)x器的顯示是被測(cè)信號(hào)加上儀器內(nèi)部噪聲，為了減小噪聲對(duì)顯示信號(hào)幅度的影響，需要利用視頻濾波器對(duì)跡線進(jìn)行平滑或平均。它是一個(gè)低通濾波器，位于包絡(luò)檢波器之后，將視頻信號(hào)中的高頻成分濾掉，使顯示屏上的跡線變成一條平滑的曲線。這種效果在測(cè)量噪聲時(shí)最為明顯，減小視頻帶寬，噪聲峰峰值的波動(dòng)變化隨之減小。當(dāng)視頻帶寬和分辨率帶寬的比值小于或等于0.01時(shí)，平滑效果較好；而比值增大，平滑效果則不太理想。所以在測(cè)量弱信號(hào)時(shí)，利用較小的視頻帶寬，有利于儀器發(fā)現(xiàn)淹沒(méi)在噪聲中的小功率信號(hào)。

綜上所述，在日常工作中，可以通過(guò)減小衰減量，連接前置放大器，降低中頻濾波器帶寬，設(shè)置合適的視頻濾波器帶寬，來(lái)有效提高系統(tǒng)靈敏度，對(duì)弱信號(hào)的測(cè)量能起到較大的幫助。

5 結(jié)束語(yǔ)

熟悉監(jiān)測(cè)測(cè)量設(shè)備的靈敏度特性對(duì)日常監(jiān)測(cè)工作具有一定的實(shí)踐意義。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)設(shè)備的正確選擇和測(cè)量參數(shù)的合理設(shè)置能夠起到事半功倍的成效。監(jiān)測(cè)效率受多方面因素的影響，從關(guān)注監(jiān)測(cè)對(duì)象到關(guān)注監(jiān)測(cè)設(shè)備的整個(gè)軟硬件過(guò)程，有許多需要一一考慮的監(jiān)測(cè)要素，值得進(jìn)一步去探討研究。

[1] Agilent Technologies, Inc. Spectrum Analysis Basics, 2004.

[2] Agilent Technologies, Inc. Agilent N9344C手持式頻譜分析儀技術(shù)資料，2011

[3] Rohde & Schwarz (China) Technology Co., Ltd. PR100便攜式接收機(jī)產(chǎn)品手冊(cè). 2011.

[4] 依照ITU建議的無(wú)線電監(jiān)測(cè)抉擇—— 監(jiān)測(cè)接收機(jī)還是頻譜儀．中國(guó)無(wú)線電，2005.2

波音公司將以1.61億美元建造Spacecom下一代衛(wèi)星

據(jù)路透社報(bào)道，以色列Spacecom公司宣布將以1.61億美元從波音國(guó)際衛(wèi)星系統(tǒng)公司購(gòu)買一顆衛(wèi)星，名為Amos 17的新衛(wèi)星旨在擴(kuò)大和增加Spacecom在非洲、中東和歐洲的覆蓋范圍。

該公司預(yù)計(jì)Amos 17將于2019年發(fā)射，預(yù)期壽命為15年。新的衛(wèi)星訂單是與Spacecom最近失去的兩顆衛(wèi)星相關(guān)的，一個(gè)是2011年發(fā)射的Amos 5衛(wèi)星，于去年失去控制丟失；另一個(gè)是Amos 6衛(wèi)星在今年9月的SpaceX獵鷹9號(hào)火箭爆炸事故中被毀。

Spacecom與北京信威科技集團(tuán)的談判仍在進(jìn)行中，信威集團(tuán)曾經(jīng)計(jì)劃以2.85億美元收購(gòu)Spacecom公司，而在Amos 6衛(wèi)星損毀后，收購(gòu)金額減少到約1.9億美元。

Research on the Improvement of Sensitivity of Radio Monitoring Equipment

Jiang Jianxing, Ye Linmei
(State Radio Monitoring Center Fujian Station, Xiamen, 361004)

This paper analyzes the definition and difference of sensitivity of monitoring receiver and spectrum analyzer in our monitoring station, and then gives the parameter setting methods to improve the sensitivity, which can raise the efficiency of radio monitoring.

monitoring receiver; spectrum analyzer; sensitivity; parameter setting

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.01.018

TN98文獻(xiàn)標(biāo)示碼：B

1672-7274（2017）01-0063-03

江建興，男，1989年生，碩士，現(xiàn)任國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站助理工程師。

葉淋美，女，1989年生，碩士，現(xiàn)任國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站助理工程師。