頻譜分析儀基礎(chǔ)操作細(xì)節(jié)：帶寬

頻譜分析儀是廣播監(jiān)控，射頻元件測(cè)試和EMI故障排除的有用工具。許多現(xiàn)代分析儀可以進(jìn)行許多常見(jiàn)的調(diào)整，可以?xún)?yōu)化特定應(yīng)用的性能。在本應(yīng)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?nèi)绾斡绊憸y(cè)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(hào)的帶寬是傳輸占用的頻率范圍。測(cè)量的帶寬定義了用于測(cè)量的頻率范圍。
在頻譜分析中，分辨率帶寬（RBW）定義為應(yīng)用于輸入信號(hào)的最終濾波器的頻率跨度。較小的RBW可提供更精細(xì)的頻率分辨率，并能夠區(qū)分頻率更接近的信號(hào)。
為什么不對(duì)所有測(cè)量使用最小的RBW設(shè)置？

掃描時(shí)間

掃描時(shí)間是將檢測(cè)器從開(kāi)始掃描到停止頻率所需的時(shí)間長(zhǎng)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(shù)，每一步是RBW的1 / k，以確保幅度測(cè)量的準(zhǔn)確性。第二個(gè)因素意味著每個(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(dāng)我們不關(guān)注噪聲時(shí)，可以將VBW設(shè)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(zhǎng)了給定頻率范圍內(nèi)的掃描時(shí)間。選擇具有大量RBW設(shè)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(dāng)您這樣做時(shí)它非常有用。調(diào)整很容易。只需調(diào)整RBW即可為您的應(yīng)用提供速度和分辨率之間的適當(dāng)平衡。
圖1是以20 kHz分隔的兩個(gè)信號(hào)的測(cè)量值。使用30kHz（藍(lán)色），10kHz（黃色）和3kHz（粉紅色）的RBW收集跡線。觀察者雖然這兩個(gè)相似信號(hào)測(cè)量功率的頻率完全不變，但只有當(dāng)RBW小于信號(hào)之間的頻率差時(shí)，信號(hào)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(yīng)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(duì)于許多測(cè)量是可接受的，但是對(duì)于電磁兼容性（EMC）相關(guān)測(cè)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(yīng)比。通常，最高衰減在60 dB下測(cè)量。衰減值較低或?yàn)? dB。它是濾波器響應(yīng)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(nèi)擴(kuò)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(hào)。圖2顯示了如何計(jì)算給定濾波器的3 dB和6 dB點(diǎn)的形狀因子。對(duì)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。被觀察為信號(hào)中心頻率附近的噪聲幅度的擴(kuò)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(jī)熱波動(dòng)引起的。這些波動(dòng)導(dǎo)致輸出時(shí)鐘信號(hào)的相位隨時(shí)間變化，非常類(lèi)似于基于時(shí)間的系統(tǒng)中的抖動(dòng)。這種擴(kuò)展可以掩蓋可能接近感興趣頻率的任何小信號(hào)。要進(jìn)行有意義的測(cè)量，請(qǐng)選擇相位噪聲低于您正在測(cè)量的信號(hào)源的儀器。

 
5、視頻帶寬（VBW）

影響頻譜分析儀顯示的跡線質(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(shù)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并降低噪聲。
嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，VBW不會(huì)改變測(cè)量結(jié)果。它不會(huì)影響測(cè)量過(guò)程的“頻率選擇，峰值檢測(cè)”。收集數(shù)據(jù)后，但在屏幕顯示跟蹤之前應(yīng)用VBW過(guò)濾器。從下面的圖4可以看出，當(dāng)VBW很大時(shí)，噪聲使得難以進(jìn)行小的信號(hào)觀察。如果我們減小VBW，小信號(hào)就會(huì)變得更清晰。

 

 
6、結(jié)論

現(xiàn)代頻譜分析儀提供靈活的測(cè)量功能。選擇一個(gè)提供可調(diào)RBW / VBW（越低越好）的分析儀，相位噪聲低于您測(cè)試的信號(hào)。調(diào)整RBW可以提供更低的本底噪聲和精細(xì)的頻率分辨率，但掃描時(shí)間會(huì)急劇增加。對(duì)于有噪聲的信號(hào)，您可以降低VBW以幫助平滑跡線并使信號(hào)識(shí)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(cè)量，則需要6dB更清晰的濾波器選項(xiàng)來(lái)提高峰值檢測(cè)精度。