[发明专利]一种具有低底噪功能的频谱分析仪

说明书

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。

技术领域

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

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。

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。

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。

频谱分析仪100的底噪公式为：（DANL=kTB+[10log（RBW/Hz）]dB+NFSA‐2.5）

DANL：平均噪声电平，即底噪；

kTB：热噪声功率，K为波尔兹曼常数，k=1.38*10‐23W/Hz；T为温度；B为噪声带宽；

RBW：频谱分析仪100的分辨带宽；

NF_SA：射频前端模块101的噪声系数；

‐2.5：抽样检波器对噪声的欠加重和对数平均值的平均。

在研究中发现，上式中，当环境温度为290K时，且噪声带宽在1Hz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。