頻譜分析儀顯示平均噪聲電平

　　噪聲的概念很廣，在很多情況下，我們都將頻譜分析儀看作一臺接收機，噪聲和信噪比常常代表相同的含義。噪聲在頻譜分析儀中并不是直接出現的，作為測量結果的一部分，被稱為顯示平均噪聲電平(DANL，Display Average Noise Level)。

　　一個50歐姆的匹配負載連接在頻譜分析儀的輸入端，在頻譜分析儀的屏幕上將會看到橫跨整個頻段的噪聲底，這就是DANL。DANL并不能代表射頻輸入端實際輸入的噪聲電平，而是輸入端的噪聲穿越了儀器內部的層層噪聲后，在一定的平均方式和分辨率帶寬下顯示出來的電平。其實頻譜儀的所有測量顯示都是輸入端的真實信號疊加內部噪聲后的結果。如果輸入端的電平沒有儀器內部的噪聲高，那么它就顯現不出來。所以DANL的水平反映了頻譜分析儀能夠測量到的最小電平，也反映了頻譜分析儀內部噪聲的高低。

　　影響DANL的因素很多，為了便于比較，DANL采用歸一化功率密度來表示就是dBm/Hz，也就是在RBW=1Hz時測量到的平均功率，在各種測試條件下都要統一到此單位表示。

　　電子測量系統中的噪聲一般來源于兩個部分：目標本身和測量本身。目標本身的噪聲容易理解，原始的信噪比、過程干擾都屬于這部分;測量本身的噪聲可以分為硬件(采集)噪聲和軟件(算法)噪聲。硬件噪聲主要來源于電子器件中電子的隨機運動，通常為起伏噪聲或熱噪聲等，這種噪聲是電子器件固有的，不能用接地或屏蔽的方式消除，硬件噪聲包括接頭、線纜、器件、采樣、串擾等;軟件噪聲包括濾波器的混疊、顯示的精度、FFT的泄露、有限字長效應等。

　　熱噪聲的特點，在時域上看，幅度的分布是正態的，也就是高斯分布(此高斯分布和高斯濾波器意義不同)，高斯分布信號的一個重要性質是，功率(也就是RMS均值)為一個標準差;在頻域上看，熱噪聲理論上在所有頻帶都會存在，且功率譜密度為均勻分布，是功率為時間不相關的常數，稱之為白噪聲。

　　雖然熱噪聲的頻譜是均勻分布的常數，但是頻譜分析儀內部的器件對于信號的頻率響應是變化的，所以DANL在大范圍內不可能是一個水平的常數，因此頻譜分析儀的DANL是個隨頻率向上斜的軌跡。

　　熱噪聲存在于頻譜分析儀內部所有的器件中，但基本只受到第一增益級及其之前器件的影響。頻譜分析儀內部的第一個增益級(一般是混頻后的第一級放大器，或前置放大器)將儀器輸入口的熱噪聲連同此增益級內部的一部分熱噪聲加在一起進行了放大，放大后的這兩部分噪聲信號到達后級鏈路時，輸入口的熱噪聲已經變成了信噪比很高的功率信號，相對于后級鏈路中的噪聲此時的信噪比已經足夠大，因此后級鏈路中的熱噪聲的影響會變小。

　　熱噪聲與頻率無關，與阻抗無關，只與溫度和帶寬相關。若確定了帶寬的使用標準，那么只剩下一句話：熱噪聲就是溫度，或者說熱噪聲都可以轉化為溫度。只有在絕對零度0K時，電子停止振蕩，才會沒有熱噪聲。在室溫(27℃，約290K)時，我們將頻譜分析儀輸入端的50歐姆匹配負載看做一個290K的熱噪聲源，這個噪聲功率歸一化后為-174dBm，這是理論上常溫下能夠測量到的絕對最小噪聲電平，也是常溫下DANL的理論最小值。

　　要想降低頻譜分析儀內部的噪聲，需要在兩個方面著手，一是降低整體儀器的噪聲系數，二是降低RBW。

　　儀器的噪聲系數反映了頻譜分析儀本身對信噪比的惡化程度，增加第一級放大器的倍數并減小放大器本身的噪聲系數，可以顯著減小儀器的噪聲系數。所以，頻譜分析儀增加前置放大器(通常是低噪放)，以及減小衰減器(效果相當于放大)，可以使儀器的噪聲系數減小。當前置放大器打開，并且衰減器為0時，儀器的噪聲系數達到最小值。測量同一個信號，衰減越大，噪聲越高，但是信號峰值不變。

　　RBW是分辨率帶寬，是頻譜分析儀頻率選擇濾波器的響應性狀。頻譜分析儀中使用的RBW濾波器是高斯濾波器，高斯濾波器的重要性質是其等效噪聲帶寬接近1，也就是說使用高斯濾波器測量噪聲，和噪聲的真實功率非常接近，幾乎不需要做額外的補償。因此擁有高斯濾波器的頻譜分析儀既可以用來測量功率信號，也可以準確測量噪聲電平。

　　頻譜分析儀最終顯示的所有信號都是輸入端信號疊加內部噪聲的結果。當輸入信號很大時，內部噪聲沒有明顯的影響;但如果輸入端信號很小，輸入信噪比很差，則測量誤差不可忽略。例如當輸入信號與DANL同樣大小的信號，也就是信噪比為1時，將會顯示出一個比DANL高3dB的測量結果。要想使測量誤差在1dB以內，信噪比至少要達到10dB以上，所以DANL反映了頻譜分析儀的靈敏度，但是不能代表其準確測量信號的能力。

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