信号分析仪灵敏度的深度解析

随着无线通信技术的迅猛进步，工程师们面临着测试需求日益复杂化的挑战。市场对更高频率、更宽带宽以及如OFDM和高阶QAM这类复杂调制格式的需求不断增加，这迫使测试设备需具备更高的精度与灵敏度以适应行业发展。作为无线通信测试中不可或缺的核心工具，信号分析仪的灵敏度对于低电平信号的检测能力和系统性能验证至关重要。因此，提升信号分析仪的性能成为满足当前测试要求的关键所在。

【什么是灵敏度】

灵敏度是衡量信号分析仪检测和处理低电平信号能力的关键指标，通常通过显示平均噪声电平（DANL）来量化，其单位为dBm/Hz，反映了频谱分析仪在1赫兹带宽内的噪声底限。较高的灵敏度意味着频谱分析仪能够探测到更为微弱的信号。这对于无线通信测试尤为重要，因为随着信号频率的升高与带宽的增宽，信号衰减加剧，导致信号强度下降。此外，更加复杂的调制方案要求有更高的信噪比（SNR）以确保准确解调，防止符号错误的发生并减少误码率。因此，提升灵敏度不仅有助于捕捉微弱信号，也是保证高质量通信不可或缺的一部分。

DANL：DANL（显示平均噪声电平）是评估信号分析仪灵敏度的最常用指标，用来表示信号分析仪的噪声底限幅度，单位为dBm/Hz。一般来说，DANL值越低，表示信号分析仪的灵敏度越高，意味着它能够检测到更微弱的信号。

动态范围：动态范围指的是信号分析仪能够有效处理的最大信号与最小信号之间的差值。这一范围受到设备灵敏度和失真水平的限制。当测量中等功率信号时，需在优化显示平均噪声电平（DANL）以提高低电平信号检测能力，与最小化内部失真以确保高电平信号处理质量之间取得平衡。这样，才能保证信号分析仪在整个动态范围内提供准确可靠的测量结果。

提高灵敏度对EVM（误差矢量幅度）测量具有直接且积极的影响，尤其在低输入功率水平的情况下。通过降低显示平均噪声电平（DANL），可以显著提升EVM测量的准确性，有效避免误判情况的发生，并防止因测量不准而导致的产品良品率下降。优化DANL有助于实现更精确的信号分析，尤其是在处理微弱信号时更为关键。

【灵敏度的重要性】

随着5G、卫星通信以及WiFi 7等新一代无线技术的兴起，信号分析仪的灵敏度变得尤为重要。这些先进技术通常采用OFDM（正交频分复用）调制方式，以实现高数据速率、高效的频谱使用以及强大的抗干扰能力。然而，OFDM信号具有较高的峰均功率比（PAPR），这要求传输系统必须具备良好的线性度才能维持传输质量。在这种情况下，拥有高灵敏度的信号分析仪能够更精确地测量低电平信号，这对于准确评估OFDM信号的质量——如EVM（误差矢量幅度）等关键指标——至关重要，从而确保无线通信系统的整体性能和可靠性。因此，提升信号分析仪的灵敏度不仅有助于提高信号检测的准确性，也是保障现代无线通信系统高效运作的基础。

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检测低电平信号：

许多无线通信系统，如5G、卫星通信以及WiFi7应用中，需要对极其微弱的信号进行检测与测量。采用高灵敏度频谱分析仪能够更精确地探测这些低强度信号，这对于保证系统的性能和可靠性至关重要。通过使用这类先进设备，可以有效提升对复杂通信环境中信号处理的能力，进而推动技术的发展与应用。

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误码率(BER)和误差矢量幅度(EVM)测量：

在复杂的调制方案中，例如正交频分复用（OFDM）技术，灵敏度对于误码率和误差矢量幅度的测量至关重要。高灵敏度能够提供更佳的信噪比（SNR），从而有效减少符号错误和比特错误的发生，显著提升系统性能。通过优化这些关键参数，可以进一步增强通信系统的可靠性和数据传输效率。

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动态范围：

灵敏度还对频谱分析仪的动态范围产生影响，即它能够处理的最大信号与最小信号之间的幅度差异。较高的灵敏度有助于扩展这一动态范围，使得频谱分析仪能够在同一时间内准确测量从极强到极弱的信号。这不仅提升了分析的精确度，也增强了设备在复杂信号环境中的适用性。

具备高灵敏度的信号分析仪能够减少对信号放大器的依赖，进而降低测试成本。这种高效能设备通过直接提升对微弱信号的检测能力，避免了额外放大步骤的需求，简化了测试流程并节约了开支。

【影响灵敏度的因素】

灵敏度受多个因素的影响，选择合适的设置有助于提高频谱分析仪的灵敏度。

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前置放大器（Preamp）：

前置放大器能够提升信号电平，从而增强系统的灵敏度。然而，其线性度和噪声性能直接决定了灵敏度的优劣。高质量的前置放大器在提高信号电平的同时，还能确保低噪声和高线性度，进而实现在不损害信号质量的前提下大幅提升系统灵敏度。这种高性能的前置放大器对于精确测量至关重要，尤其在处理微弱信号时表现得更为明显。

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衰减器设置：

增加输入衰减可以降低输入信号的电平，但这对仪器内部噪声的影响相对较小。然而，当输入信号较弱时，较高的衰减值会导致输入信噪比（SNR）下降，从而影响灵敏度。通过优化衰减器的设置，可以有效提升频谱分析仪的灵敏度，确保在处理微弱信号时仍能保持较高的性能和精确度。合适的衰减器配置对于维持和提升测量设备的整体效能至关重要。

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分辨率带宽（RBW）：

分辨率带宽（RBW）直接影响频谱分析仪的频率分辨率。采用较窄的RBW可以有效降低噪声底限，进而提升灵敏度，但这一做法也会延长测量时间。因此，选择一个合适的RBW是在保证测量效率的同时提高灵敏度的关键。通过精心调整RBW设置，可以在灵敏度和测量速度之间找到最佳平衡点，从而优化分析结果。

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噪声底限扩展（NFE）：

NFE是Keysight信号分析仪中采用的一种先进技术，旨在降低噪声底限。通过对频谱分析仪的噪声底限进行精确测量和校正，NFE技术能够显著提升分析仪的灵敏度。这种方法不仅改善了微弱信号的检测能力，还提高了整体测量的准确性和可靠性。

左图：黄色轨迹是未打开NFE的信号，蓝色轨迹是打开NFE后的同一信号

右图：分别显示原始信号（未打开NFE、LNP）、打开LNP 和打开 NFE 的测量结果

选择高性能的元器件、优化信号路径设计、采用噪声校正技术等措施，可以有效提高信号分析仪的灵敏度，满足下一代无线通信测试的需求。