一种具有低底噪功能的频谱分析仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及频谱分析装置领域，特别涉及一种具有低底噪功能的频谱分析仪。
【背景技术】
[0002] 频谱分析仪是一种用来对被测信号进行频谱分析的接收机，可以测量未知信号的 频率、幅度，失真等相关参数，具有很宽的频率测量范围，具有很低的幅度监测灵敏度。主要 应用于基站维护、电子产品研发、生产等领域。频谱分析仪一般分为扫频式和实时分析式两 类。
[0003] 参照图1，现有技术的频谱分析仪100采用超外差式结构，对通过射频前端模块 101引入的输入信号、中频通道模块102对其进行多次变频，使之变成中频信号，然后送至 包含ADC采样单元，数字中频滤波器单元，检波器单元及显示器单元的显示模块103进行输 出和显示。在射频前端模块101中，被测信号从输入端口进入，用单刀双掷开关1来选通前 端链路或者选通功率负载2,单刀双掷开关1有可能要承受较大功率，因此经常采用大功率 单刀双掷开关或继电器来构成。单刀双掷开关4用于选通将被测信号输入前端链路还是将 校准信号3接入前端链路从而进行自校准，校准信号3通常由频谱分析仪100的内部电路 产生。单刀双掷开关5与单刀双掷开关7共同配合选通固定衰减器6是否接入前端链路。 固定衰减器6可以承受较大的输入功率，当用频谱分析仪100测量较大功率的信号时，为了 保证混频器13工作在线性区域，需要先将输入信号进行衰减；固定衰减器6通常具有较高 的压缩点，以确保到达混频器13的被测信号不会被压缩。步进衰减器8是一个衰减量可调 的衰减器，而且具有较宽的衰减器范围，可将输入的被测信号继续衰减至混频器13的最佳 混频电平。单刀双掷开关9和单刀双掷开关11共同配合选通前置放大器10,前置放大器 10用于小信号的测量，当被测量的信号幅度比较小且接近频谱分析仪100的低噪时，打开 前置放大器10,将减小射频前端链路的噪声系数，即降低了噪声，这样小信号可以被准确的 测量。滤波器12是一个低通滤波器，其作用是对混频器13的镜像频率进行抑制。
[0004] 在频谱分析仪100中，有一个称做"底噪"的重要参数，底噪亦称背景噪声。一般 指系统中除有用信号以外的总噪声。
[0005] 频谱分析仪 100 的底噪公式为：（DANL=kTB+[101og (RBW/Hz) ]dB+NFSA - 2. 5)
[0006] DANL :平均噪声电平，即底噪；
[0007] kTB :热噪声功率，K为波尔兹曼常数，k=l. 38*10 - 23W/Hz ;T为温度；B为噪声带 宽；
[0008] RBW :频谱分析仪100的分辨带宽；
[0009] NFsa :射频前端模块101的噪声系数；
[0010] - 2. 5 :抽样检波器对噪声的欠加重和对数平均值的平均。
[0011] 在研究中发现，上式中，当环境温度为290Κ时，且噪声带宽在IHz内时的热噪声功 率kTB的值为常数-174dBm，而通常用DANL表征频谱分析仪100的底噪时，频谱分析仪100 的分辨带宽都归一化到1Hz，因此，可以看出，改善频谱分析仪100的底噪只需要减小NFSA 值，即减小射频前端模块101的噪声系数。
[0012] 参照图2,用一个二端口网络200做实验，计算二端口网络200的噪声系数NFsa，需 要先计算二端口网络200的噪声因子F，把噪声因子用分贝（dB)来表示就是噪声系数NF sa, 噪声因子F的计算公式如下：其中FUGl分别代表器件201的噪声因子和增益；F2、G2分别 代表器件202的噪声因子和增益。
【主权项】
1. 一种具有低底噪功能的频谱分析仪，包括一个测量信号输入端（301)、一个具有第 一输入端（302)、第一输出端（303)、第二输出端（304)的第一开关单兀（31)，一个具有第 二输入端（305)、第三输入端（306)、第三输出端（307)的第二开关单元（32)，一个具有第四 输入端（308)、第五输入端（309)、第四输出端（310)的第三开关单元（34)，一个校准信号源 (314)，一个包含步进衰减器的信号输出单元（33)，一个固定衰减单元（35)，一个控制单元 (36)，其特征在于，所述测量信号输入端（301)连接所述第一输入端（302)，所述第一输出 端（303)连接所述第二输入端（305)，所述第三输出端（307)连接所述信号输出单元（33)， 所述校准信号源（314)连接所述第五输入端（309)，所述第二输出端（304)连接所述第四输 入端（308)，所述第四输入端（308)连接所述第四输出端（310)，在所述第四输出端（310)与 所述第三输入端（306 )之间连接所述固定衰减单元（35 )，所述控制单元（36 )控制所述第一 开关单元（31)、第二开关单元（32)和第三开关单元（34)的通断。
2. 根据权利要求1所述的频谱分析仪，其特征在于，所述控制单元（36)对一个低电平 参考电平敏感，控制所述第一开关单元（31)的所述第一输入端（302)连接所述第一输出端 (303)，控制所述第二开关单元（32)的所述第二输入端（305)连接所述第三输出端（307)， 所述控制单元（36)对一个高电平参考电平敏感，控制所述第一开关单元（31)的所述第一 输入端（302 )连接所述第二输出端（304 )，控制所述第二开关单元（32 )的第三输入端（306 ) 连接所述第三输出端（307)。
3. 根据权利要求2所述的频谱分析仪，其特征在于，所述低电平参考电平是由所述测 量信号输入端（301)输出的低电平信号，所述高电平参考电平是由所述测量信号输入端 (301)输出的高电平信号。
4. 根据权利要求3所述的频谱分析仪，其特征在于，所述控制单元（36)依据所述测量 信号输入端（301)输出的电平信号的电平值小于一个阈值电平值，将所述电平信号确认为 低电平信号，所述控制单元（36 )依据所述测量信号输入端（301)输出的电平信号的电平值 大于上述阈值电平值，将所述电平信号确认为高电平信号。
5. 根据权利要求1、2、3或4所述的频谱分析仪，其特征在于，所述控制单元（36)对环 境温度敏感，在环境温度超出预定范围时，控制所述第三开关单元（34)的所述第五输入端 (309)连接所述第四输出端（310)，控制所述第二开关单元（32)的所述第三输入端（306)连 接所述第三输出端（307)。
6. 根据权利要求5所述的频谱分析仪，其特征在于，所述控制单元（36)还控制所述第 一开关单元（31)的所述第一输入端（302)连接所述第二输出端（304)。
【专利摘要】本发明提供了一种具有低底噪功能的频谱分析仪，包括测量信号输入端、具有第一输入端、第一输出端、第二输出端的第一开关单元，具有第二输入端、第三输入端、第三输出端的第二开关单元，具有第四输入端、第五输入端、第四输出端的第三开关单元，校准信号源，包含步进衰减器的信号输出单元，固定衰减单元，控制单元，测量信号输入端连接第一输入端，第一输出端连接第二输入端，第三输出端连接信号输出单元，校准信号源连接第五输入端，第二输出端连接第四输入端，第四输入端连接第四输出端，在第四输出端与第三输入端之间连接固定衰减单元，控制单元控制第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的通断。通过对开关单元的连接改造，降低了底噪。
【IPC分类】G01R23-16
【公开号】CN104635048
【申请号】CN201310552314
【发明人】何毅军, 王悦, 王铁军, 李维森
【申请人】苏州普源精电科技有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年11月8日