頻譜分析儀之頻率分辨率功能

頻譜分析儀的頻率分辨率是它區(qū)分臨近頻率分量的能力。有很多信號(hào)測(cè)試要求頻譜儀具有較高的頻率分辨率，只有當(dāng)頻譜分析儀的分辨能力足夠高時(shí)，才會(huì)在屏幕上正確反映信號(hào)的特性。頻譜分析儀的頻率分辨率與其內(nèi)部的中頻濾波器和本地振蕩器的性能有關(guān)。據(jù)了解，中頻濾波器的類型、3dB帶寬、頻率選擇性和本地振蕩器的本振殘余調(diào)頻和本振相位噪聲都會(huì)影響到頻譜分析儀的頻率分辨率。

1.RBW對(duì)鄰近等幅信號(hào)分辨的影響

頻譜儀上理想ＣＷ信號(hào)不可能顯?為?限細(xì)的線，它本?有?定的寬度。當(dāng)調(diào)諧通過(guò)信號(hào)時(shí)，其形狀是頻譜分析儀??分辨率帶寬（IF濾波器）形狀的顯?。這樣，如果改變?yōu)V波器的帶寬，就改變了顯?響應(yīng)的寬度。通常會(huì)將中頻濾波器的3dB帶寬定義為RBW，RBW越?，頻率分辨率越?，頻譜分析儀的RBW即為其分辨等幅信號(hào)的能?。當(dāng)兩個(gè)等幅信號(hào)相鄰很近時(shí)，頻譜分析儀上看到兩個(gè)信號(hào)之間有?個(gè)3dB的凹陷，這時(shí)兩個(gè)信號(hào)被認(rèn)為是可以分辨開(kāi)的，即兩個(gè)信號(hào)間隔?于所選分辨率帶寬的3dB帶寬，就可以將它們分辨出來(lái)。RBW越?頻率分辨率越?，但是掃描?幀頻率所需要的時(shí)間也越長(zhǎng)，另外RBW每增加10倍，底噪功率增加10dB。我們?cè)O(shè)置不同的RBW，可以測(cè)量出底噪的差別很明顯。較低的RBW有助于不同頻率信號(hào)的分辨，同時(shí)使底噪降低，可以測(cè)量更低功率的信號(hào)，觀察到更?的雜散，但是掃描時(shí)間將顯著延長(zhǎng)。較?的RBW有助于快速測(cè)量寬頻帶信號(hào)，但是將增加底噪，降低量測(cè)靈敏度，因此設(shè)置“夠?”的RBW寬度是正確使?頻譜分析儀重要的測(cè)試技巧。

2.矩形系數(shù)對(duì)不等幅信號(hào)分辨的影響

矩形系數(shù)被定義為(60dBBW)/(3dBBW)在測(cè)量不等幅信號(hào)的時(shí)候，?信號(hào)很可能被淹沒(méi)在打信號(hào)的邊帶內(nèi)，對(duì)于幅度相差60dB的兩個(gè)信號(hào)，其間隔?少是60dB帶寬的?半（?近似3dB下降作區(qū)分），濾波器的矩形系數(shù)是決定不等幅信號(hào)分辨率的關(guān)鍵。對(duì)于像個(gè)10kHz幅度下降50dB的失真產(chǎn)物的測(cè)試，如果RBW設(shè)為3kHz，濾波器矩形系數(shù)為15:1，則濾波器60dB的帶寬為45kHz，失真產(chǎn)物便會(huì)被影藏在測(cè)試信號(hào)的響應(yīng)邊帶下。如果采?1kHz的濾波器，60dB帶寬為15kHz，失真產(chǎn)物便可以被觀測(cè)到了。

3．相位噪聲對(duì)分辨率影響

為何RBW濾波器的矩形系數(shù)定義會(huì)以60dB為界？如果矩形系數(shù)代表了頻譜分析儀分辨不等幅正弦信號(hào)的能?，那如何約束?于底噪?低于60dB的不等幅信號(hào)的測(cè)量能?？這就要涉及到頻譜分析儀本地振蕩器的穩(wěn)定程度，因?yàn)楸菊癖?的不穩(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。

頻譜分析儀的LO都是由參考源（通常是晶體振蕩器，XO）倍頻?來(lái)。沒(méi)有哪種參考源是絕對(duì)穩(wěn)定的，它們都在某種程度上受到隨機(jī)噪聲的頻率或相位調(diào)制的影響，這個(gè)影響程度隨時(shí)間在變化。時(shí)間的穩(wěn)定度可以分為兩類：長(zhǎng)期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度。長(zhǎng)期穩(wěn)定度是指時(shí)鐘頻率偏離絕對(duì)值的多少，?般?ppm（百萬(wàn)分之?）來(lái)表?；短期穩(wěn)定度是時(shí)鐘相位瞬態(tài)的變化，在時(shí)域上稱抖動(dòng)（jitter），在頻域上稱相位噪聲（PhaseNiose），表?為指相對(duì)于載波?定頻偏處的1Hz帶寬內(nèi)的能量與載波電平的?值，相應(yīng)的單位為歸?化的dBc/Hz。相位噪聲主要影響頻譜儀的分辨率和動(dòng)態(tài)范圍。

需要說(shuō)明，在將參考源倍頻得到本振的過(guò)程中，穩(wěn)定度也將按倍頻?例惡化，其結(jié)果是相位噪聲變差。因此相位噪聲的標(biāo)定通常要對(duì)應(yīng)特定的測(cè)量頻率，例如在500MHz，1GHz等頻率點(diǎn)測(cè)量；典型的相位噪聲曲線經(jīng)常要提供多個(gè)頻率點(diǎn)的情況，例如偏離1kHz，10kHz，100kHz分別給出測(cè)量值，便于橫向?較。混頻器將輸?的射頻信號(hào)和本振信號(hào)相乘然后濾波，得到變頻后的中頻信號(hào)。即使輸?的射頻信號(hào)是?個(gè)很純凈的正弦波，混頻器也會(huì)將本振的相位噪聲忠實(shí)地帶?混頻結(jié)果，形成?個(gè)具有相同相位噪聲的中頻信號(hào)。

因此，當(dāng)我們對(duì)包含了本振相位噪聲的中頻進(jìn)?“峰值檢測(cè)”時(shí)，相位噪聲就會(huì)體現(xiàn)在測(cè)量結(jié)果中。在某個(gè)RBW下，距離這個(gè)頻率很近同時(shí)幅度??于系統(tǒng)顯?平均噪聲電平的另?個(gè)信號(hào)，雖然可被RBW在頻率軸分辨出來(lái)，但仍會(huì)隱藏在相位噪聲之下。當(dāng)然，相位噪聲也是?種隨機(jī)噪聲，它和系統(tǒng)的顯?平均噪聲電平?樣，隨分辨率帶寬的變化規(guī)律?致，若將分辨率帶寬縮?10倍，顯?相位噪聲電平將減?10dB。這種情況下需要使?超過(guò)實(shí)際分辨率的RBW來(lái)測(cè)量，代價(jià)就是增加了系統(tǒng)的掃描時(shí)間。

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