提高无线电监测设备灵敏度的方法分析

2017-02-13江建兴叶淋美

数字通信世界 2017年1期

关键词：噪声系数电平接收机

江建兴，叶淋美

（国家无线电监测中心福建监测站，厦门 361004）

提高无线电监测设备灵敏度的方法分析

江建兴，叶淋美

（国家无线电监测中心福建监测站，厦门 361004）

本文首先分析了监测接收机和频谱分析仪灵敏度指标的定义方式，并对监测站内常用的监测接收机和频谱分析仪的灵敏度进行了比较，然后研究了提高仪器灵敏度的参数设置方法，能够对提高监测工作效率提供一定的帮助。

监测接收机；频谱分析仪；灵敏度；参数设置

1 引言

无线电监测工作中常常会遇到各种干扰情况，如卫星频段信号频率高、衰减快、方向性强，在干扰排查过程中，干扰信号电平较弱，能否成功搜索、捕捉干扰信号并最终确认干扰源位置与所使用测量仪器的灵敏度有关，因为灵敏度衡量了无线电接收设备对弱信号的测量能力。本文基于监测接收机和频谱仪的灵敏度对比，探讨了干扰排查工作中选择合适的测量设备方法，并提出了提高监测系统灵敏度的参数设置方法。

2 频谱分析仪与监测接收机的灵敏度指标定义

频谱分析仪灵敏度指标定义为平均噪声电平（DANL，Display Average Noise Level），它是由电路元件的随机电子运动产生的噪声经过频谱仪多级增益的放大后作为噪声信号出现在显示屏上，限制了频谱仪搜索和测量低电平信号的能力[1]。

监测接收机的灵敏度指标则定义为噪声系数（NF，Noise Figure），它代表信号通过接收机时信噪比的恶化程度。可以将噪声系数表示为

式中，F是以功率比表示的噪声系数；Si为输入信号功率；Ni为输入噪声功率；So为输出信号功率；No为输出噪声功率。由于输出端（屏幕显示）和输入端（输入连接器）的信号电平相同，即Si=SO，所以噪声系数可简化为

噪声系数通常以对数形式表示：NF=10log(F) =10[log(NO)-log(Ni)]。虽然监测接收机和频谱分析仪对灵敏度指标的定义不同，但可以通过如下公式进行转换

式中，RBW指分辨率带宽；kTB代表热噪声功率，与温度和分辨率带宽有关。在室温（27℃，约290K）下，连接在仪器输入端的50欧姆匹配负载被看作一个290K的热噪声源，这个噪声功率归一化（带宽为1Hz）后为-174dBm。

3 监测接收机与频谱分析仪的灵敏度对比

Agilent便携频谱分析仪N9344C和R&S便携监测接收机PR100如图1所示，是日常监测工作使用较多的仪器，技术资料中灵敏度指标如表1所示[2,3]。其中，输入衰减为0dB，频谱仪分辨率带宽为1kHz。

图1 常用的监测设备

表1 设备灵敏度指标

从表1中可以看出，频谱仪的灵敏度指标DANL和接收机NF，随着频段升高而变差。我们对表中数据进行整理统计并根据公式转换，将两者进行对比如表2所示。

表2 频谱分析仪与监测接收机的灵敏度对比

从表2中可以看出，高频段（3-7GHz），频谱分析仪N9344C的灵敏度优于监测接收机PR100，而在低频段（1-3MHz），情况正好相反。根据ITU的建议，日常监测工作一般使用监测接收机进行监测、解调、解调音录制、技术分析、频谱占用度统计等[4]。而频谱分析仪频率测量范围宽，N9344C支持最高达20GHz的频率测量，所以在实际监测任务中，应根据工作需要选择合适的测量设备。

4 提高系统灵敏度的方法

（1）减小衰减器的衰减量。射频信号进入仪器内部前首先会通过衰减器，它是一种保护电路，防止输入信号电平过高出现增益压缩而导致失真，严重时发生过载造成电路损坏。中频放大器自动补偿衰减器的损失，从而使得仪器显示的信号电平不受衰减器影响。然而，仪器内部噪声主要来自于中频放大器的第一级，中频放大器在放大信号的同时也把噪声电平提高了，即信噪比恶化了。衰减器衰减量每增加10dB，仪器内部噪声电平就会提高10dB。所以，在测量弱信号时，我们需要尽可能的减小衰减量，以减低本底噪声电平。

（2）降低分辨率带宽。分辨率带宽也会影响信噪比或灵敏度，分析仪产生的噪声是随机的并且在宽频率范围内保持恒定的幅度。因为分辨率（或称中频）带宽滤波器位于第一增益级之后，通过滤波器的总噪声功率由滤波器的带宽决定。该噪声信号被检测并最终显示出来。噪声信号的随机属性使得显示电平按此规律变化 10log(BW2/BW1) ，其中，BW1为起始分辨率带宽；BW2为终止分辨率带宽，所以如果将分辨率带宽改变10倍，显示的噪声电平会改变10dB。

（3）使用前置放大器。通过在仪器前端放置一个合适的前置放大器，可以降低系统（前置放大器和仪器）的噪声系数，也就改进了系统的灵敏度。如果前置放大器的增益加噪声系数比仪器的DANL高至少15dB时，那么系统的噪声系数将得到改善，比前置放大器的大概低2.5dB。所以想要更好的提高灵敏度，应该选择一个高增益、低噪声系数的前置放大器。但需要注意的是，在计算信号实际功率时，需要将仪器显示结果减去前置放大器的增益。

（4）利用视频滤波器。测量仪器的显示是被测信号加上仪器内部噪声，为了减小噪声对显示信号幅度的影响，需要利用视频滤波器对迹线进行平滑或平均。它是一个低通滤波器，位于包络检波器之后，将视频信号中的高频成分滤掉，使显示屏上的迹线变成一条平滑的曲线。这种效果在测量噪声时最为明显，减小视频带宽，噪声峰峰值的波动变化随之减小。当视频带宽和分辨率带宽的比值小于或等于0.01时，平滑效果较好；而比值增大，平滑效果则不太理想。所以在测量弱信号时，利用较小的视频带宽，有利于仪器发现淹没在噪声中的小功率信号。

综上所述，在日常工作中，可以通过减小衰减量，连接前置放大器，降低中频滤波器带宽，设置合适的视频滤波器带宽，来有效提高系统灵敏度，对弱信号的测量能起到较大的帮助。

5 结束语

熟悉监测测量设备的灵敏度特性对日常监测工作具有一定的实践意义。在监测过程中，监测设备的正确选择和测量参数的合理设置能够起到事半功倍的成效。监测效率受多方面因素的影响，从关注监测对象到关注监测设备的整个软硬件过程，有许多需要一一考虑的监测要素，值得进一步去探讨研究。

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

[2] Agilent Technologies, Inc. Agilent N9344C手持式频谱分析仪技术资料，2011

[3] Rohde & Schwarz (China) Technology Co., Ltd. PR100便携式接收机产品手册. 2011.

[4] 依照ITU建议的无线电监测抉择—— 监测接收机还是频谱仪．中国无线电，2005.2

波音公司将以1.61亿美元建造Spacecom下一代卫星

据路透社报道，以色列Spacecom公司宣布将以1.61亿美元从波音国际卫星系统公司购买一颗卫星，名为Amos 17的新卫星旨在扩大和增加Spacecom在非洲、中东和欧洲的覆盖范围。

该公司预计Amos 17将于2019年发射，预期寿命为15年。新的卫星订单是与Spacecom最近失去的两颗卫星相关的，一个是2011年发射的Amos 5卫星，于去年失去控制丢失；另一个是Amos 6卫星在今年9月的SpaceX猎鹰9号火箭爆炸事故中被毁。

Spacecom与北京信威科技集团的谈判仍在进行中，信威集团曾经计划以2.85亿美元收购Spacecom公司，而在Amos 6卫星损毁后，收购金额减少到约1.9亿美元。

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