提高無線電監測設備靈敏度的方法分析

江建興，葉淋美

（國家無線電監測中心福建監測站，廈門 361004）

提高無線電監測設備靈敏度的方法分析

江建興，葉淋美

（國家無線電監測中心福建監測站，廈門 361004）

本文首先分析了監測接收機和頻譜分析儀靈敏度指標的定義方式，并對監測站內常用的監測接收機和頻譜分析儀的靈敏度進行了比較，然后研究了提高儀器靈敏度的參數設置方法，能夠對提高監測工作效率提供一定的幫助。

監測接收機；頻譜分析儀；靈敏度；參數設置

1 引言

無線電監測工作中常常會遇到各種干擾情況，如衛星頻段信號頻率高、衰減快、方向性強，在干擾排查過程中，干擾信號電平較弱，能否成功搜索、捕捉干擾信號并最終確認干擾源位置與所使用測量儀器的靈敏度有關，因為靈敏度衡量了無線電接收設備對弱信號的測量能力。本文基于監測接收機和頻譜儀的靈敏度對比，探討了干擾排查工作中選擇合適的測量設備方法，并提出了提高監測系統靈敏度的參數設置方法。

2 頻譜分析儀與監測接收機的靈敏度指標定義

頻譜分析儀靈敏度指標定義為平均噪聲電平（DANL，Display Average Noise Level），它是由電路元件的隨機電子運動產生的噪聲經過頻譜儀多級增益的放大后作為噪聲信號出現在顯示屏上，限制了頻譜儀搜索和測量低電平信號的能力[1]。

監測接收機的靈敏度指標則定義為噪聲系數（NF，Noise Figure），它代表信號通過接收機時信噪比的惡化程度。可以將噪聲系數表示為

式中，F是以功率比表示的噪聲系數；Si為輸入信號功率；Ni為輸入噪聲功率；So為輸出信號功率；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）的信號電平相同，即Si=SO，所以噪聲系數可簡化為

噪聲系數通常以對數形式表示：NF=10log(F) =10[log(NO)-log(Ni)]。雖然監測接收機和頻譜分析儀對靈敏度指標的定義不同，但可以通過如下公式進行轉換

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。在室溫（27℃，約290K）下，連接在儀器輸入端的50歐姆匹配負載被看作一個290K的熱噪聲源，這個噪聲功率歸一化（帶寬為1Hz）后為-174dBm。

3 監測接收機與頻譜分析儀的靈敏度對比

Agilent便攜頻譜分析儀N9344C和R&S便攜監測接收機PR100如圖1所示，是日常監測工作使用較多的儀器，技術資料中靈敏度指標如表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 常用的監測設備

表1 設備靈敏度指標

從表1中可以看出，頻譜儀的靈敏度指標DANL和接收機NF，隨著頻段升高而變差。我們對表中數據進行整理統計并根據公式轉換，將兩者進行對比如表2所示。

表2 頻譜分析儀與監測接收機的靈敏度對比

從表2中可以看出，高頻段（3-7GHz），頻譜分析儀N9344C的靈敏度優于監測接收機PR100，而在低頻段（1-3MHz），情況正好相反。根據ITU的建議，日常監測工作一般使用監測接收機進行監測、解調、解調音錄制、技術分析、頻譜占用度統計等[4]。而頻譜分析儀頻率測量范圍寬，N9344C支持最高達20GHz的頻率測量，所以在實際監測任務中，應根據工作需要選擇合適的測量設備。

4 提高系統靈敏度的方法

（1）減小衰減器的衰減量。射頻信號進入儀器內部前首先會通過衰減器，它是一種保護電路，防止輸入信號電平過高出現增益壓縮而導致失真，嚴重時發生過載造成電路損壞。中頻放大器自動補償衰減器的損失，從而使得儀器顯示的信號電平不受衰減器影響。然而，儀器內部噪聲主要來自于中頻放大器的第一級，中頻放大器在放大信號的同時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，儀器內部噪聲電平就會提高10dB。所以，在測量弱信號時，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。分辨率帶寬也會影響信噪比或靈敏度，分析儀產生的噪聲是隨機的并且在寬頻率范圍內保持恒定的幅度。因為分辨率（或稱中頻）帶寬濾波器位于第一增益級之后，通過濾波器的總噪聲功率由濾波器的帶寬決定。該噪聲信號被檢測并最終顯示出來。噪聲信號的隨機屬性使得顯示電平按此規律變化 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，顯示的噪聲電平會改變10dB。

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

（4）利用視頻濾波器。測量儀器的顯示是被測信號加上儀器內部噪聲，為了減小噪聲對顯示信號幅度的影響，需要利用視頻濾波器對跡線進行平滑或平均。它是一個低通濾波器，位于包絡檢波器之后，將視頻信號中的高頻成分濾掉，使顯示屏上的跡線變成一條平滑的曲線。這種效果在測量噪聲時最為明顯，減小視頻帶寬，噪聲峰峰值的波動變化隨之減小。當視頻帶寬和分辨率帶寬的比值小于或等于0.01時，平滑效果較好；而比值增大，平滑效果則不太理想。所以在測量弱信號時，利用較小的視頻帶寬，有利于儀器發現淹沒在噪聲中的小功率信號。

綜上所述，在日常工作中，可以通過減小衰減量，連接前置放大器，降低中頻濾波器帶寬，設置合適的視頻濾波器帶寬，來有效提高系統靈敏度，對弱信號的測量能起到較大的幫助。

5 結束語

熟悉監測測量設備的靈敏度特性對日常監測工作具有一定的實踐意義。在監測過程中，監測設備的正確選擇和測量參數的合理設置能夠起到事半功倍的成效。監測效率受多方面因素的影響，從關注監測對象到關注監測設備的整個軟硬件過程，有許多需要一一考慮的監測要素，值得進一步去探討研究。

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

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

[3] Rohde & Schwarz (China) Technology Co., Ltd. PR100便攜式接收機產品手冊. 2011.

[4] 依照ITU建議的無線電監測抉擇—— 監測接收機還是頻譜儀．中國無線電，2005.2

波音公司將以1.61億美元建造Spacecom下一代衛星

據路透社報道，以色列Spacecom公司宣布將以1.61億美元從波音國際衛星系統公司購買一顆衛星，名為Amos 17的新衛星旨在擴大和增加Spacecom在非洲、中東和歐洲的覆蓋范圍。

該公司預計Amos 17將于2019年發射，預期壽命為15年。新的衛星訂單是與Spacecom最近失去的兩顆衛星相關的，一個是2011年發射的Amos 5衛星，于去年失去控制丟失；另一個是Amos 6衛星在今年9月的SpaceX獵鷹9號火箭爆炸事故中被毀。

Spacecom與北京信威科技集團的談判仍在進行中，信威集團曾經計劃以2.85億美元收購Spacecom公司，而在Amos 6衛星損毀后，收購金額減少到約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文獻標示碼：B

1672-7274（2017）01-0063-03

江建興，男，1989年生，碩士，現任國家無線電監測中心福建監測站助理工程師。

葉淋美，女，1989年生，碩士，現任國家無線電監測中心福建監測站助理工程師。