頻譜儀使用過程中如何選擇最好的分辨率帶寬(RBW)?
頻譜分析儀是廣播監測、射頻元件測試和 EMI 故障排除的有力工具。許多現代分析儀都提供多種常用調整功能，可針對特定應用優化性能。在本文中我們將介紹分辨率帶寬 (RBW) 和視頻帶寬 (VBW) 及其對測量的影響。
分辨率帶寬(RBW)是什么意思？
分辨率帶寬 (Resolution Bandwidth RBW) 是兩個不同頻率的信號能夠被清楚分辨出來的最低頻寬差異，兩個不同頻率的信號頻寬如低于頻譜分析儀的RBW，此時該兩信號將重疊，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之一
對于頻譜分析儀，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等幅信號的能力，RBW小于等于兩個信號的頻率間隔，可以分辨出兩個信號峰
在雙音測試中，兩個信號相隔10kHz，RBW＝10KHz時，儀表測試可顯示出兩個信號峰。顯然用10kHz濾波器分辨出等幅雙音信號是沒有問題的。
RBW為分辨等幅信號的能力
RBW越小，分辨率越高
分辨率帶寬（RBW）對測量有哪些影響？
1. 為了能夠顯示兩個或兩個以上頻率彼此靠近的信號，您需要一個帶寬足夠小的（分辨率）濾波器。
2. 分辨率過濾器的帶寬也會影響頻譜儀所顯示的噪聲。帶寬越小，結果噪聲越小。規則是，如果將帶寬增加或減少3倍，則噪聲會降低或升高5 dB。如果將帶寬更改為10倍，則顯示的噪聲將更改10 dB。
3. 分辨率帶寬會影響測量速度。如果要顯示真實頻譜，則分辨率濾波器必須在所有感興趣的頻率上穩定下來。與寬帶濾波器相比，窄帶濾波器的建立時間更長。因此，掃描時間越長，分辨率帶寬越小。規則是，如果將帶寬減少3倍，則掃描時間將增加9倍。如果將帶寬減少10倍，則掃描時間將增加100倍。
RBW為10kHz下的掃頻時間為27.5ms
對大多數測量來說，我們選擇足夠窄的分辨率帶寬來分辨輸入信號的各個頻譜分量。如果本振頻率固定，頻譜儀則調諧到信號的其中一個頻譜分量上，那么中頻輸出就是一個恒定峰值的穩定正弦波。于是包絡檢波器的輸出將是一個恒定（直流）電壓，并沒有需要檢波器來跟蹤的變化。
分辨率帶寬（RBW）是您能隔離兩個信號，并還能看到它們的最小帶寬。RBW也會影響 KTB噪聲系數功率，因為 RBW 每改變 10 倍，KTB 功率改變 10 dB。
較小的 RBW 可提供更精細的頻率分辨率，并能夠區分頻率相近的信號。但為什么不在所有測量中都使用最小的 RBW 設置呢？
較低的RBW固然有助于不同頻率信號的分辨與測量，但是低的RBW將濾除較高頻率的信號成份，導致信號顯示時產生失真。失真值與設定的RBW密切相關，較高的RBW固然有助于寬頻帶信號的偵測，但是這將增加噪底(Noise Floor)，降低量測靈敏度，對于偵測低強度的信號易產生阻礙。因此適當的RBW寬度是正確使用頻譜分析儀的重要參數。
有些時候我們會故意使分辨率帶寬足夠寬以包含兩個或更多的頻譜分量，而有些場合則別無選擇，因為這些頻譜分量之間的頻率間隔比最窄的分辨率帶寬還要小。假設通帶內只含兩個頻譜分量，則兩個正弦波會相互影響而形成拍音，如圖所示，中頻信號的包絡會隨著兩個正弦波間的相位變化而變化。
如何擇最佳分辨率帶寬 (RBW)？
必須認真考慮分辨率帶寬(RBW)的設置，因為他關系到頻譜成分的分離，適宜的噪聲基底的設置和信號的解調。
在進行有苛刻要求的頻譜測量時，頻譜分析儀必須精確、快速并具有高動態范圍。在多數情況下，強調其中某一參數會對其它參數有所影響。因此在進行RBW設置時需要綜合權衡這些因素。
通過低電平信號的測量，可以看到使用窄RBW的優點。在使用窄RBW時，頻譜分析儀顯示出較低的平均噪聲(DANL)，且動態范圍增加，靈敏度有所改進。
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。
圖. 100KHz RBW 和10KHz RBW的測試結果
但并非任何情況都是最窄的RBW最好。對于調制信號，RBW一定要設置得足夠寬，使它能將信號邊帶包括在內。如果忽略這一點，測量將是極不精確的。 窄RBW設置的一項重要缺點是掃頻速度。更寬的RBW設置在給定頻率范圍內允許更快的掃頻。
下圖比較了在200 MHz 頻率范圍內，10 kHz 和3 kHz RBW 的掃頻時間。
圖. 10KHz RBW的掃描時間為7.627S
圖. 3KHz RBW的掃描時間為26.79S
一定要知道RBW 選擇時所必須的基本權衡因素，明白哪些參數最為重要的時候給以適當的優化。但在權衡不可避免時，現代頻譜分析儀可為您提供弱化，甚至消除這些因素的方法。通過使用數字信號處理，頻譜分析儀在實現更精確的測量的同時還提供更高的速度，即使是使用窄RBW。
為什么RBW濾波器的矩形系數定義會以60dB為界？
就要涉及到頻譜分析儀本地振蕩器（簡稱LO，Local Oscillator）的穩定程度，因為本振本身的不穩定，其相位噪聲可能將靠近載波頻率附近60dB以下的信號全部淹沒，這時矩形系數已經沒有測量意義了。
分辨率帶寬(RBW) 決定了
?相鄰信號分辨的能力
?能觀察到信號細節的能力
視頻帶寬和分辨率帶寬區別是什么?
分辨率帶寬RBW是您能隔離兩個信號，并還能看到它們的最小帶寬。RBW也會影響KTB噪聲系數功率，因為RBW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，它等效一個低通濾波器。為過濾噪聲，視頻帶寬通常設置得較窄，但又不過窄，因為這會減慢掃描時間。
在特定情況下視頻帶寬可設置得較寬。一個例子是不需要，或不要求平均。另一個例子是在零跨距時測量AM。為測量AM，視頻帶寬需要足夠寬。
視頻帶寬是什么意思？
影響頻譜分析儀顯示軌跡質量的另一個因素是視頻帶寬 (Video Bandwidth VBW)。視頻濾波是一種時域低通濾波器，在數學上相當于平均值。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，為過濾噪聲，通常設置得較窄，但又不過窄，因為這會減慢掃描時間 (Sweep Time ST)。掃描時間是指檢波器從起始頻率掃描到終止頻率所需的時間。
在特定情況下視頻帶寬可設置得較寬。一個例子是不需要，或不要求平均。另一個例子是在零跨距時測量AM。為測量AM，視頻帶寬需要足夠寬。
視頻帶寬
?自動設置狀態下，VBW由RBW決定
?VBW設置影響頻譜的平滑和測試速度
?減小VBW有利頻譜儀發現淹沒在噪聲中的小功率CW信號
視頻濾波
視頻濾波用到的就是視頻濾波器，它其實是一個低通濾波器，對檢波器輸出視頻信號進行低通濾波處理，用于確定顯示的視頻信號的帶寬。
當視頻濾波器的截止頻率降低時，視頻系統將無法再跟隨通過IF鏈的信號的包絡線的更快變化。結果是所顯示信號的平滑。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。
減小視頻帶寬可對頻譜顯示中的噪聲抖動進行平滑，從而減小顯示噪聲的抖動范圍。這樣有利頻譜儀發現淹沒在噪聲中的小功率CW信號，還可提高測量的可重復性。
自動狀態下，頻譜儀的VBW設值與RBW關聯，在[BW]菜單下，可確定VBW和RBW的比值關系。
如下圖1所示，頻譜儀的顯示是被測信號加上它自身的內部噪聲。為了減小噪聲對顯示信號幅度的影響，我們常常對顯示進行平滑或平均，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。它是一個低通濾波器，位于包絡檢波器之后，并且決定了視頻信號的帶寬，該視頻信號稍后將被數字化以生成幅度數據。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。這時候，視頻系統將無法再跟隨經過中頻鏈路的信號包絡的快速變化。結果就是對被顯示信號的平均或平滑。
圖 1. 頻譜儀顯示的信號加噪聲
圖 2. 圖 2-27 中的信號經充分平滑后的顯示
圖 3. VBW 與 RBW 比值分別為 3:1、1:10、1:100 時的平滑效果
這種效果在測量噪聲時最為明顯，尤其是選用高分辨率帶寬的時候。當減小視頻帶寬，那么噪聲峰峰值的波動變化也隨之減小。
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。當比值小于或等于 0.01 時，平滑效果較好，而比值增大時，平滑效果則不太理想。視頻濾波器不會對已經平滑的信號跡線（例如顯示的正弦信號已可以很好地與噪聲區分）有任何影響。
如果將頻譜儀設置為正峰值檢波模式，可以注意到以下兩點：
首先，如果 VBW > RBW，則改變分辨率帶寬對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影響噪聲電平。
噪聲起伏變化不大是因為頻譜儀當前只顯示了噪聲的峰值。不過，噪聲電平表現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時間，因此當視頻帶寬 VBW 小于分辨率帶寬 RBW 時，掃描時間的改變近似與視頻帶寬的變化成反比，掃描時間（ST）通過以下公式來描述：
現代頻譜分析儀提供靈活的測量功能。請選擇具有可調分辨率帶寬RBW/視頻帶寬VBW（越低越好）且相位噪聲低于被測信號的分析儀。
調整RBW可以降低本底噪聲并提高頻率分辨率，但掃描時間會顯著增加。對于噪聲信號，可以降低VBW以幫助平滑軌跡并更容易識別信號，但這也會增加掃描時間。
如果您正在進行EMI測量，則需要6dB更銳利的濾波器選件來提高峰值檢測精度。
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