頻譜分析儀是廣播監(jiān)測(cè)、射頻元件測(cè)試和 EMI 故障排除的有力工具。許多現(xiàn)代分析儀都提供多種常用調(diào)整功能，可針對(duì)特定應(yīng)用優(yōu)化性能。在本文中我們將介紹分辨率帶寬 (RBW) 和視頻帶寬 (VBW) 及其對(duì)測(cè)量的影響。

分辨率帶寬(RBW)是什么意思？

分辨率帶寬 (Resolution Bandwidth RBW) 是兩個(gè)不同頻率的信號(hào)能夠被清楚分辨出來(lái)的最低頻寬差異，兩個(gè)不同頻率的信號(hào)頻寬如低于頻譜分析儀的RBW，此時(shí)該兩信號(hào)將重疊，難以分辨。

分辨率帶寬(RBW)

分辨率帶寬RBW是頻譜儀基本性能指標(biāo)之一

對(duì)于頻譜分析儀，分辨率帶寬RBW指的是中頻濾波器的3dB帶寬。也是衡量能否分辨兩個(gè)等幅信號(hào)的能力，RBW小于等于兩個(gè)信號(hào)的頻率間隔，可以分辨出兩個(gè)信號(hào)峰

在雙音測(cè)試中，兩個(gè)信號(hào)相隔10kHz，RBW＝10KHz時(shí)，儀表測(cè)試可顯示出兩個(gè)信號(hào)峰。顯然用10kHz濾波器分辨出等幅雙音信號(hào)是沒(méi)有問(wèn)題的。

RBW為分辨等幅信號(hào)的能力

RBW越小，分辨率越高

分辨率帶寬（RBW）對(duì)測(cè)量有哪些影響？

1. 為了能夠顯示兩個(gè)或兩個(gè)以上頻率彼此靠近的信號(hào)，您需要一個(gè)帶寬足夠小的（分辨率）濾波器。

2. 分辨率過(guò)濾器的帶寬也會(huì)影響頻譜儀所顯示的噪聲。帶寬越小，結(jié)果噪聲越小。規(guī)則是，如果將帶寬增加或減少3倍，則噪聲會(huì)降低或升高5 dB。如果將帶寬更改為10倍，則顯示的噪聲將更改10 dB。

3. 分辨率帶寬會(huì)影響測(cè)量速度。如果要顯示真實(shí)頻譜，則分辨率濾波器必須在所有感興趣的頻率上穩(wěn)定下來(lái)。與寬帶濾波器相比，窄帶濾波器的建立時(shí)間更長(zhǎng)。因此，掃描時(shí)間越長(zhǎng)，分辨率帶寬越小。規(guī)則是，如果將帶寬減少3倍，則掃描時(shí)間將增加9倍。如果將帶寬減少10倍，則掃描時(shí)間將增加100倍。

RBW為10kHz下的掃頻時(shí)間為27.5ms

對(duì)大多數(shù)測(cè)量來(lái)說(shuō)，我們選擇足夠窄的分辨率帶寬來(lái)分辨輸入信號(hào)的各個(gè)頻譜分量。如果本振頻率固定，頻譜儀則調(diào)諧到信號(hào)的其中一個(gè)頻譜分量上，那么中頻輸出就是一個(gè)恒定峰值的穩(wěn)定正弦波。于是包絡(luò)檢波器的輸出將是一個(gè)恒定（直流）電壓，并沒(méi)有需要檢波器來(lái)跟蹤的變化。

分辨率帶寬（RBW）是您能隔離兩個(gè)信號(hào)，并還能看到它們的最小帶寬。RBW也會(huì)影響 KTB噪聲系數(shù)功率，因?yàn)?RBW 每改變 10 倍，KTB 功率改變 10 dB。

較小的 RBW 可提供更精細(xì)的頻率分辨率，并能夠區(qū)分頻率相近的信號(hào)。但為什么不在所有測(cè)量中都使用最小的 RBW 設(shè)置呢？

較低的RBW固然有助于不同頻率信號(hào)的分辨與測(cè)量，但是低的RBW將濾除較高頻率的信號(hào)成份，導(dǎo)致信號(hào)顯示時(shí)產(chǎn)生失真。失真值與設(shè)定的RBW密切相關(guān)，較高的RBW固然有助于寬頻帶信號(hào)的偵測(cè)，但是這將增加噪底(Noise Floor)，降低量測(cè)靈敏度，對(duì)于偵測(cè)低強(qiáng)度的信號(hào)易產(chǎn)生阻礙。因此適當(dāng)?shù)腞BW寬度是正確使用頻譜分析儀的重要參數(shù)。

有些時(shí)候我們會(huì)故意使分辨率帶寬足夠?qū)捯园瑑蓚€(gè)或更多的頻譜分量，而有些場(chǎng)合則別無(wú)選擇，因?yàn)檫@些頻譜分量之間的頻率間隔比最窄的分辨率帶寬還要小。假設(shè)通帶內(nèi)只含兩個(gè)頻譜分量，則兩個(gè)正弦波會(huì)相互影響而形成拍音，如圖所示，中頻信號(hào)的包絡(luò)會(huì)隨著兩個(gè)正弦波間的相位變化而變化。

如何擇**分辨率帶寬 (RBW)？

必須認(rèn)真考慮分辨率帶寬(RBW)的設(shè)置，因?yàn)樗P(guān)系到頻譜成分的分離，適宜的噪聲基底的設(shè)置和信號(hào)的解調(diào)。

在進(jìn)行有苛刻要求的頻譜測(cè)量時(shí)，頻譜分析儀必須精確、快速并具有高動(dòng)態(tài)范圍。在多數(shù)情況下，強(qiáng)調(diào)其中某一參數(shù)會(huì)對(duì)其它參數(shù)有所影響。因此在進(jìn)行RBW設(shè)置時(shí)需要綜合權(quán)衡這些因素。

通過(guò)低電平信號(hào)的測(cè)量，可以看到使用窄RBW的優(yōu)點(diǎn)。在使用窄RBW時(shí)，頻譜分析儀顯示出較低的平均噪聲(DANL)，且動(dòng)態(tài)范圍增加，靈敏度有所改進(jìn)。

在下圖中，把RBW從100 kHz改變到10 kHz將能更好地分辨-95 dBm 的信號(hào)。

圖. 100KHz RBW 和10KHz RBW的測(cè)試結(jié)果

但并非任何情況都是最窄的RBW最好。對(duì)于調(diào)制信號(hào)，RBW一定要設(shè)置得足夠?qū)?，使它能將信?hào)邊帶包括在內(nèi)。如果忽略這一點(diǎn)，測(cè)量將是極不精確的。 窄RBW設(shè)置的一項(xiàng)重要缺點(diǎn)是掃頻速度。更寬的RBW設(shè)置在給定頻率范圍內(nèi)允許更快的掃頻。

下圖比較了在200 MHz 頻率范圍內(nèi)，10 kHz 和3 kHz RBW 的掃頻時(shí)間。

圖. 10KHz RBW的掃描時(shí)間為7.627S

圖. 3KHz RBW的掃描時(shí)間為26.79S

一定要知道RBW 選擇時(shí)所必須的基本權(quán)衡因素，明白哪些參數(shù)最為重要的時(shí)候給以適當(dāng)?shù)膬?yōu)化。但在權(quán)衡不可避免時(shí)，現(xiàn)代頻譜分析儀可為您提供弱化，甚至消除這些因素的方法。通過(guò)使用數(shù)字信號(hào)處理，頻譜分析儀在實(shí)現(xiàn)更精確的測(cè)量的同時(shí)還提供更高的速度，即使是使用窄RBW。

為什么RBW濾波器的矩形系數(shù)定義會(huì)以60dB為界？

就要涉及到頻譜分析儀本地振蕩器（簡(jiǎn)稱LO，Local Oscillator）的穩(wěn)定程度，因?yàn)楸菊癖旧淼牟环€(wěn)定，其相位噪聲可能將靠近載波頻率附近60dB以下的信號(hào)全部淹沒(méi)，這時(shí)矩形系數(shù)已經(jīng)沒(méi)有測(cè)量意義了。

分辨率帶寬(RBW) 決定了

?相鄰信號(hào)分辨的能力
?能觀察到信號(hào)細(xì)節(jié)的能力

視頻帶寬和分辨率帶寬區(qū)別是什么?

分辨率帶寬RBW是您能隔離兩個(gè)信號(hào)，并還能看到它們的最小帶寬。RBW也會(huì)影響KTB噪聲系數(shù)功率，因?yàn)镽BW每改變10倍，KTB功率改變10dB。

視頻帶寬濾波器噪聲。視頻帶寬用于平均，它等效一個(gè)低通濾波器。為過(guò)濾噪聲，視頻帶寬通常設(shè)置得較窄，但又不過(guò)窄，因?yàn)檫@會(huì)減慢掃描時(shí)間。

在特定情況下視頻帶寬可設(shè)置得較寬。一個(gè)例子是不需要，或不要求平均。另一個(gè)例子是在零跨距時(shí)測(cè)量AM。為測(cè)量AM，視頻帶寬需要足夠?qū)挕?/span>

視頻帶寬是什么意思？

影響頻譜分析儀顯示軌跡質(zhì)量的另一個(gè)因素是視頻帶寬 (Video Bandwidth VBW)。視頻濾波是一種時(shí)域低通濾波器，在數(shù)學(xué)上相當(dāng)于平均值。視頻帶寬 VBW 濾波器的主要作用是平滑軌跡并降低噪聲。

視頻帶寬用于平均，為過(guò)濾噪聲，通常設(shè)置得較窄，但又不過(guò)窄，因?yàn)檫@會(huì)減慢掃描時(shí)間 (Sweep Time ST)。掃描時(shí)間是指檢波器從起始頻率掃描到終止頻率所需的時(shí)間。

在特定情況下視頻帶寬可設(shè)置得較寬。一個(gè)例子是不需要，或不要求平均。另一個(gè)例子是在零跨距時(shí)測(cè)量AM。為測(cè)量AM，視頻帶寬需要足夠?qū)挕?/span>

視頻帶寬

?自動(dòng)設(shè)置狀態(tài)下，VBW由RBW決定

?VBW設(shè)置影響頻譜的平滑和測(cè)試速度

?減小VBW有利頻譜儀發(fā)現(xiàn)淹沒(méi)在噪聲中的小功率CW信號(hào)

視頻濾波

視頻濾波用到的就是視頻濾波器，它其實(shí)是一個(gè)低通濾波器，對(duì)檢波器輸出視頻信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理，用于確定顯示的視頻信號(hào)的帶寬。

當(dāng)視頻濾波器的截止頻率降低時(shí)，視頻系統(tǒng)將無(wú)法再跟隨通過(guò)IF鏈的信號(hào)的包絡(luò)線的更快變化。結(jié)果是所顯示信號(hào)的平滑。平滑量由視頻帶寬與分辨率帶寬之比確定。 0.01以下的比率可提供非常好的平滑度。

減小視頻帶寬可對(duì)頻譜顯示中的噪聲抖動(dòng)進(jìn)行平滑，從而減小顯示噪聲的抖動(dòng)范圍。這樣有利頻譜儀發(fā)現(xiàn)淹沒(méi)在噪聲中的小功率CW信號(hào)，還可提高測(cè)量的可重復(fù)性。

自動(dòng)狀態(tài)下，頻譜儀的VBW設(shè)值與RBW關(guān)聯(lián)，在[BW]菜單下，可確定VBW和RBW的比值關(guān)系。

如下圖1所示，頻譜儀的顯示是被測(cè)信號(hào)加上它自身的內(nèi)部噪聲。為了減小噪聲對(duì)顯示信號(hào)幅度的影響，我們常常對(duì)顯示進(jìn)行平滑或平均，如圖 2所示。

頻譜儀所包含的可變視頻濾波器就是用作此目的。它是一個(gè)低通濾波器，位于包絡(luò)檢波器之后，并且決定了視頻信號(hào)的帶寬，該視頻信號(hào)稍后將被數(shù)字化以生成幅度數(shù)據(jù)。此視頻濾波器的截止頻率可以減小到小于已選定的分辨率帶寬（IF）濾波器的帶寬。這時(shí)候，視頻系統(tǒng)將無(wú)法再跟隨經(jīng)過(guò)中頻鏈路的信號(hào)包絡(luò)的快速變化。結(jié)果就是對(duì)被顯示信號(hào)的平均或平滑。

圖 1. 頻譜儀顯示的信號(hào)加噪聲

圖 2. 圖 2-27 中的信號(hào)經(jīng)充分平滑后的顯示

圖 3. VBW 與 RBW 比值分別為 3:1、1:10、1:100 時(shí)的平滑效果

這種效果在測(cè)量噪聲時(shí)最為明顯，尤其是選用高分辨率帶寬的時(shí)候。當(dāng)減小視頻帶寬，那么噪聲峰峰值的波動(dòng)變化也隨之減小。

如圖 3 所示，減小的程度（平均或平滑的程度）隨視頻帶寬和分辨率帶寬的比值而變。當(dāng)比值小于或等于 0.01 時(shí)，平滑效果較好，而比值增大時(shí)，平滑效果則不太理想。視頻濾波器不會(huì)對(duì)已經(jīng)平滑的信號(hào)跡線（例如顯示的正弦信號(hào)已可以很好地與噪聲區(qū)分）有任何影響。

如果將頻譜儀設(shè)置為正峰值檢波模式，可以注意到以下兩點(diǎn)：

首先，如果 VBW > RBW，則改變分辨率帶寬對(duì)噪聲的峰峰值起伏影響不大。

其次，如果 VBW < RBW，則改變視頻帶寬似乎會(huì)影響噪聲電平。

噪聲起伏變化不大是因?yàn)轭l譜儀當(dāng)前只顯示了噪聲的峰值。不過(guò)，噪聲電平表現(xiàn)出隨著視頻帶寬而變，這是由于平均（平滑）處理的變化，因而使被平滑的噪聲包絡(luò)的峰值改變，如圖4。選擇平均檢波模式，平均噪聲電平并不改變，如圖 5。

圖 4. 正峰值檢波模式：減小視頻帶寬使峰值噪聲變小，但不能降低平均噪聲電平

圖 5. 平均檢波模式：無(wú)論 VBW 與 RBW 的比值為多少（3:1、1:10、1:100），噪聲電平保持不變

由于視頻濾波器有自己的響應(yīng)時(shí)間，因此當(dāng)視頻帶寬 VBW 小于分辨率帶寬 RBW 時(shí)，掃描時(shí)間的改變近似與視頻帶寬的變化成反比，掃描時(shí)間（ST）通過(guò)以下公式來(lái)描述：

現(xiàn)代頻譜分析儀提供靈活的測(cè)量功能。請(qǐng)選擇具有可調(diào)分辨率帶寬RBW/視頻帶寬VBW（越低越好）且相位噪聲低于被測(cè)信號(hào)的分析儀。

調(diào)整RBW可以降低本底噪聲并提高頻率分辨率，但掃描時(shí)間會(huì)顯著增加。對(duì)于噪聲信號(hào)，可以降低VBW以幫助平滑軌跡并更容易識(shí)別信號(hào)，但這也會(huì)增加掃描時(shí)間。

如果您正在進(jìn)行EMI測(cè)量，則需要6dB更銳利的濾波器選件來(lái)提高峰值檢測(cè)精度。