噪声的概念很广,在许多情况下,咱们都将频谱仪看作一台接收机,噪声和信噪比常常代表相同的含义。噪声在频谱分析仪中并不是直接呈现的,作为丈量成果的一部分,被称为闪现均匀噪声电平(DANL,Display Average Noise Level)。
一个50欧姆的匹配负载连接在频谱分析仪的输入端,在频谱分析仪的屏幕大将会看到横跨整个频段的噪声底,这便是DANL。DANL并不能代表射频输入端实践输入的噪声电平,而是输入端的噪声穿越了仪器内部的层层噪声后,在必定的均匀方法和分辨率带宽下闪现出来的电平。其实频谱仪的一切丈量闪现都是输入端的实在信号叠加内部噪声后的成果。假如输入端的电平没有仪器内部的噪声高,那么它就闪现不出来。所以DANL的水平反映了频谱分析仪能够丈量到的最小电平,也反映了频谱分析仪内部噪声的凹凸。
影响DANL的要素许多,为了便于比较,DANL选用归一化功率密度来表明便是dBm/Hz,也便是在RBW=1Hz时丈量到的均匀功率,在各种测验条件下都要一致到此单位表明。
电子丈量体系中的噪声一般来源于两个部分:方针自身和丈量自身。方针自身的噪声简单了解,原始的信噪比、进程搅扰都归于这部分;丈量自身的噪声能够分为硬件(收集)噪声和软件(算法)噪声。硬件噪声首要来源于电子器材中电子的随机运动,一般为崎岖噪声或热噪声等,这种噪声是电子器材固有的,不能用接地或屏蔽的方法消除,硬件噪声包含接头、线缆、器材、采样、串扰等;软件噪声包含滤波器的混叠、闪现的精度、FFT的走漏、有限字长效应等。
热噪声的特色,在时域上看,起伏的散布是正态的,也便是高斯散布(此高斯散布和高斯滤波器含义不同),高斯散布信号的一个重要性质是,功率(也便是RMS均值)为一个规范差;在频域上看,热噪声理论上在一切频带都会存在,且功率谱密度为均匀散布,是功率为时刻不相关的常数,称之为白噪声。
尽管热噪声的频谱是均匀散布的常数,可是频谱分析仪内部的器材关于信号的频率呼应是改变的,所以DANL在大范围内不行能是一个水平的常数,因而频谱分析仪的DANL是个随频率向上斜的轨道。
热噪声存在于频谱分析仪内部一切的器材中,但根本只遭到榜首增益级及其之前器材的影响。频谱分析仪内部的榜首个增益级(一般是混频后的榜首级扩大器,或前置扩大器)将仪器输进口的热噪声连同此增益级内部的一部分热噪声加在一起进行了扩大,扩大后的这两部分噪声信号抵达后级链路时,输进口的热噪声现已变成了信噪比很高的功率信号,相关于后级链路中的噪声此刻的信噪比现已足够大,因而后级链路中的热噪声的影响会变小。
热噪声与频率无关,与阻抗无关,只与温度和带宽相关。若确认了带宽的运用规范,那么只剩下一句话:热噪声便是温度,或者说热噪声都能够转化为温度。只要在肯定零度0K时,电子中止振动,才会没有热噪声。在室温(27℃,约290K)时,咱们将频谱分析仪输入端的50欧姆匹配负载看做一个290K的热噪声源,这个噪声功率归一化后为-174dBm,这是理论上常温下能够丈量到的肯定最小噪声电平,也是常温下DANL的理论最小值。
要想下降频谱分析仪内部的噪声,需要在两个方面着手,一是下降全体仪器的噪声系数,二是下降RBW。
仪器的噪声系数反映了频谱分析仪自身对信噪比的恶化程度,添加榜首级扩大器的倍数并减小扩大器自身的噪声系数,能够显着减小仪器的噪声系数。所以,频谱分析仪添加前置扩大器(一般是低噪放),以及减小衰减器(作用相当于扩大),能够使仪器的噪声系数减小。当时置扩大器翻开,而且衰减器为0时,仪器的噪声系数到达最小值。丈量同一个信号,衰减越大,噪声越高,可是信号峰值不变。
RBW是分辨率带宽,是频谱分析仪频率挑选滤波器的呼应性状。频谱分析仪中运用的RBW滤波器是高斯滤波器,高斯滤波器的重要性质是其等效噪声带宽挨近1,也便是说运用高斯滤波器丈量噪声,和噪声的实在功率十分挨近,几乎不需要做额定的补偿。因而具有高斯滤波器的频谱分析仪既能够用来丈量功率信号,也能够精确丈量噪声电平。
频谱分析仪终究闪现的一切信号都是输入端信号叠加内部噪声的成果。当输入信号很大时,内部噪声没有显着的影响;但假如输入端信号很小,输入信噪比很差,则丈量误差不行疏忽。例如当输入信号与DANL相同巨细的信号,也便是信噪比为1时,将会闪现出一个比DANL高3dB的丈量成果。要想使丈量误差在1dB以内,信噪比至少要到达10dB以上,所以DANL反映了频谱分析仪的灵敏度,可是不能代表其精确丈量信号的才能。