頻譜分析儀基礎操作細節：帶寬

頻譜分析儀是廣播監控，射頻元件測試和EMI故障排除的有用工具。許多現代分析儀可以進(jìn)行許多常見(jiàn)的調整，可以?xún)?yōu)化特定應用的性能。在本應用文檔中，我們將介紹分辨率帶寬（RBW）和視頻帶寬（VBW）以及它們如何影響測量。

2、分辨率帶寬（RBW）
帶寬定義為特定事件焦點(diǎn)的頻率范圍。例如，傳輸信號的帶寬是傳輸占用的頻率范圍。測量的帶寬定義了用于測量的頻率范圍。
在頻譜分析中，分辨率帶寬（RBW）定義為應用于輸入信號的最終濾波器的頻率跨度。較小的RBW可提供更精細的頻率分辨率，并能夠區分頻率更接近的信號。
為什么不對所有測量使用最小的RBW設置？

掃描時(shí)間

掃描時(shí)間是將檢測器從開(kāi)始掃描到停止頻率所需的時(shí)間長(cháng)度。以下是控制掃描速度的公式：

 

在該公式中，第一個(gè)因子的含義是SPAN下的頻率選擇數，每一步是RBW的1 / k，以確保幅度測量的準確性。第二個(gè)因素意味著(zhù)每個(gè)選擇所需的時(shí)間取決于RBW和視頻帶寬（VBW）之間的較小值。通常，當我們不關(guān)注噪聲時(shí)，可以將VBW設置為大于或等于RBW的值。
時(shí)間方程式減少為：

 

也就是說(shuō)，掃描時(shí)間與SPAN成比例，并且與RBW的平方成反比。這意味著(zhù)如果RBW減少100倍，掃描時(shí)間將在同一SPAN中增加10000倍
較小的RBW也降低了本底噪聲，但它們延長(cháng)了給定頻率范圍內的掃描時(shí)間。選擇具有大量RBW設置的頻譜分析儀，尤其是在較低頻率端。您可能不經(jīng)常使用10 Hz RBW，但是當您這樣做時(shí)它非常有用。調整很容易。只需調整RBW即可為您的應用提供速度和分辨率之間的適當平衡。
圖1是以20 kHz分隔的兩個(gè)信號的測量值。使用30kHz（藍色），10kHz（黃色）和3kHz（粉紅色）的RBW收集跡線(xiàn)。觀(guān)察者雖然這兩個(gè)相似信號測量功率的頻率完全不變，但只有當RBW小于信號之間的頻率差時(shí)，信號分離才會(huì )明確。

 

3、形狀和形狀因子

RBW濾波器的形狀和形狀因子也是重要的選擇。許多分析儀都有一個(gè)RBW濾波器，它具有高斯形狀和在3dB點(diǎn)確定的形狀因子。RBW值是濾波器的帶通頻率，比濾波器的峰值響應低3dB?；叵胍幌?，3 dB等于最大值的50％。這也稱(chēng)為濾波器全寬半最大值（FWHM）值。3 dB高斯濾波器對于許多測量是可接受的，但是對于電磁兼容性（EMC）相關(guān)測量，可能需要定義為6 dB的濾波器。

濾波器的形狀因子是兩個(gè)衰減值的響應比。通常，最高衰減在60 dB下測量。衰減值較低或為6 dB。它是濾波器響應銳度的度量。如果比率很大，則過(guò)濾器不是很“尖銳”。這表明濾波器在很大的頻率范圍內擴散。如果比率較小，則表示更薄的過(guò)濾器形狀和更清晰的滾落，這有助于拒絕更多的帶外信號。圖2顯示了如何計算給定濾波器的3 dB和6 dB點(diǎn)的形狀因子。對于頻譜分析儀，3 dB和6 dB形狀因子相似，但6 dB濾波器具有更陡的曲線(xiàn)并具有更高的帶外抑制。
形狀因子@ 3 / 60dB =（F6- F1）/（F4-F3）
形狀因子@ 6 / 60dB =（F6- F1）/（F5-F2）

4、相位噪聲

影響分析儀頻率分辨率的另一個(gè)因素是相位噪聲。被觀(guān)察為信號中心頻率附近的噪聲幅度的擴大和增加（圖3）。它是由用作頻譜分析儀電路中的定時(shí)參考的振蕩器的隨機熱波動(dòng)引起的。這些波動(dòng)導致輸出時(shí)鐘信號的相位隨時(shí)間變化，非常類(lèi)似于基于時(shí)間的系統中的抖動(dòng)。這種擴展可以掩蓋可能接近感興趣頻率的任何小信號。要進(jìn)行有意義的測量，請選擇相位噪聲低于您正在測量的信號源的儀器。

 
5、視頻帶寬（VBW）

影響頻譜分析儀顯示的跡線(xiàn)質(zhì)量的另一個(gè)因素是視頻帶寬（VBW）。視頻濾波是一種時(shí)域低通濾波器，在數學(xué)上等于均值或平均值。VBW濾波器的主要作用是平滑跡線(xiàn)并降低噪聲。
嚴格來(lái)說(shuō)，VBW不會(huì )改變測量結果。它不會(huì )影響測量過(guò)程的“頻率選擇，峰值檢測”。收集數據后，但在屏幕顯示跟蹤之前應用VBW過(guò)濾器。從下面的圖4可以看出，當VBW很大時(shí)，噪聲使得難以進(jìn)行小的信號觀(guān)察。如果我們減小VBW，小信號就會(huì )變得更清晰。

 

 
6、結論

現代頻譜分析儀提供靈活的測量功能。選擇一個(gè)提供可調RBW / VBW（越低越好）的分析儀，相位噪聲低于您測試的信號。調整RBW可以提供更低的本底噪聲和精細的頻率分辨率，但掃描時(shí)間會(huì )急劇增加。對于有噪聲的信號，您可以降低VBW以幫助平滑跡線(xiàn)并使信號識別更容易，但這也會(huì )增加掃描時(shí)間。如果您正在進(jìn)行EMI測量，則需要6dB更清晰的濾波器選項來(lái)提高峰值檢測精度。