频谱仪的RBW与VBW

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1、VBW:显示带宽在测试时能看到更宽的频率范畴，如果要观测的信号更精细，则需要减少； RBW:分析带宽；例如，测试CDMA的功率，既不能太大，也不能太小，应当与信号的带宽相相应；尚有测试链路噪声等，也需要对RBW有一定的规定。 RBW，辨别率带宽，有人也叫参照带宽，表达测试的是多大带宽的功率，如测试一GSM 2W干放满功率单载波输出时，RBW设为100KHz时测得30dBm，设为200KHz测得33dBm。 RBW事实上是频谱仪内部滤波器的带宽，（是中频滤波器的3dB带宽），设立它的大小，能决定与否能把两个相临很近的信号分开。它的设立对测试成果是有影响的。只有设立RBW不小于或等于工作带宽时，读

2、数才精确，但是如果信号太弱，频谱仪则无法辨别信号，此时虽然RBW不小于工作带宽读数也会不准。 VBW，视频带宽，表达测试的精度，越小精度越高，如将VBW设为100KHz，表达每隔100KHz取一种样测试其电平，因此可以看到VBW设立越小其测试曲线越光滑。 VBW是峰值检波后滤波器带宽，重要是使测试信号更加圆滑。也是3dB带宽。别的厂家有6dB带宽的。 RBW要比VBW重要得多。 一般HP推荐VBW0.01RBW.但诸多实验表白VBW=0.1RBW最合理。频谱仪RBW与VBW的区别RBW由混频器背面的中频滤波器决定,VBW由检波器背面的视频滤波器决定. 视频滤波器的带宽和辨别带宽的关系是：检波前

3、的噪声可以通过较窄的辨别带宽来减少，从而减少检波器的噪声输出电平；检波后的噪声则通过窄带视频滤波器来平滑减少噪声波动，但不能减少噪声的平均功率电平。频谱仪的原理及应用字体大小：大 - 中 - 小hr888666y 刊登于 07-11-03 12:41 阅读(3022) 评论(2) 分类：本章除了阐明频谱分析仪工作原理、操作使用阐明之外，也将其应用领域范畴作具体的简介，特别应用于天线特性的量测技术将有完整阐明。本章的内容涉及：  本章要点  1-1概论1-2频谱分析仪的工作原理1-3频谱分析仪的应用领域    1-1

4、实习一 频谱分析仪1-1概论就量测信号的技术观之，时域方面，示波器为一项极为重要且有效的量测仪器，它能直接显示信号波幅、频率、周期、波形与相位之响应变化，目前，一般的示波器至少为双轨迹输出显示装置，同步也具有与绘图仪连接的IEEE-488、IEEE-1394或RS-232接口功能，能将屏幕上量测显示的信息绘出，作为研究比较的根据，但它仅局限于低频的信号，高频信号则有其实际的困难。频谱分析仪乃能弥补此项缺失，同步将一具有许多频率的信号用频域方式来呈现，以辨认在各个频率的功率装置，以显示信号在频域里的特性。图1.1阐明方波在时域与频域的关系，此立体坐标轴分别代表时间、频率与振幅。由傅立叶级数(Fo

5、urier Series)可知方波包具有基本波(Fundamental Wave)及若干谐波(Harmonics)，信号的组合成分由此立体坐标中相应显示出来。低频时，双轨迹模拟与数字示波器为目前信号时域的重要量测设备，模拟示波器可量测的输入信号频率可达100 MHz，数字示波器有100 MHz与400（或500） MHz等多种。屏幕上显示信号的意义为横轴代表时间，纵轴代表信号电压的振幅，用示波器量测可得到信号时间的相位及信号与时间的关系，但无法获知信号失真的数据，亦即无法获知信号谐波分量的分布状况，同步量测微波领域(如UHF以上的频带)信号时，基于设备电子组件功能的限制、输入端杂散电容等因素，

6、量测的成果无可避免地将产生信号失真及衰减，为解决量测高频信号上述的问题，频谱分析仪为一合适而必备的量测仪器，频谱分析仪的重要功能是量测信号的频率响应，横轴代表频率，纵轴代表信号功率或电压的数值，可用线性或对数刻度显示量测的成果。此外它的信号追踪产生器 (Tracking Generator)可直接量测待测件(DUT；Device Under Test)的频率响应特性，但它只能量测振幅无法量测相位。就高频信号领域观之，频谱分析仪是电子工程技术人员不可或缺的设备，对频谱分析仪工作原理的理解将有助于信号量测系统的建立及充足扩展其应用范畴。频谱分析仪的应用领域相称广泛，诸如卫星接受系统、无线电通信系统

7、、行动电话系统基地台辐射场强的量测、电磁干扰等高频信号的侦测与分析，同步也是研究信号成分、信号失真度、信号衰减量、电子组件增益等特性的重要仪器。图1.1：方波时域与频域的立体坐标关系基于以上探讨的因素，本内容重要在探讨频谱分析仪设备的工作原理及使用措施，另一方面讨论建立量测系统以量测所必须的信号参数，并分析信号的特性，评估待测件的特性以及如何由绘图仪获得书面数据，计算信号各别频谱的功率值以印证频谱分析仪与示波器显示值的对的性，同步提出多项有线电视系统的量测应用。最后将提出素为工程人员忽视的天线特性量测，于本张节中讨论天线增益及辐射场型(Radiation Pattern)的量测技术，涉及完整的

8、数学计算式。 1-2频谱分析仪的工作原理 频谱分析仪架构犹如时域用途的示波器，外观如图1.2所示，面板上布建许多功能控制按键，作为系统功能之调节与控制，系统重要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性。频谱分析仪依信号解决方式的不同，一般有两种类型；实时频谱分析仪(Real-Time Spectrum Analyzer)与扫瞄调谐频谱分析仪(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer)。实时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅，其工作原理是针对不同的频率信号而有相相应的滤波器与检知器(Detector)，再经由同步的多任务扫瞄器将信号传送到CRT屏幕

9、上，其长处是能显示周期性杂散波(Periodic Random Waves)的瞬间反映，其缺陷是价昂且性能受限于频宽范畴、滤波器的数目与最大的多任务互换时间(Switching Time)。最常用的频谱分析仪是扫瞄调谐频谱分析仪，其基本构造类似超外差式接受器，工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混波器，可调变的本地振荡器经与CRT同步的扫瞄产生器产生随时间作线性变化的振荡频率，经混波器与输入信号混波降频后的中频信号（IF）再放大、滤波与检波传送到CRT的垂直方向板，因此在CRT的纵轴显示信号振幅与频率的相应关系，信号流程架构如图1.3所示。影响信号反映的重要部份为滤波器频宽，滤波器之特性为高斯

10、滤波器（Gaussian-Shaped Filter），影响的功能就是量测时常用到的解析频宽(RBW，Resolution Bandwidth)。RBW代表两个不同频率的信号可以被清晰的辨别出来的最低频宽差别，两个不同频率的信号频宽如低于频谱分析仪的RBW，此时该两信号将重迭，难以辨别，较低的RBW固然有助于不同频率信号的辨别与量测，低的RBW将滤除较高频率的信号成分，导致信号显示时产生失真，失真值与设定的RBW密切有关，较高的RBW固然有助于宽带带信号的侦测，将增长噪声底层值(Noise Floor)，减少量测敏捷度，对于侦测低强度的信号易产生阻碍，因此合适的RBW宽度是对的使用频谱分析仪重

11、要的概念。图1.2：频谱分析仪的外观此外的视屡屡宽（VBW，Video Bandwidth）代表单一信号显示在屏幕所需的最低频宽。如前所阐明，量测信号时，视屡屡宽过与不及均非合适，都将导致量测的困扰，如何调节必须加以理解。一般RBW的频宽不小于等于VBW，调节RBW而信号振幅并无产生明显的变化，此时之RBW频宽即可加以采用。量测RF视频载波时，信号经设备内部的混波器降频后再加以放大、滤波（RBW决定）及检波显示等流程，若扫描太快，RBW滤波器将无法完全充电到信号的振幅峰值，因此必须维持足够的扫描时间，而RBW的宽度与扫描时间呈互动关系，RBW较大，扫描时间也较快，反之亦然，RBW合适宽度的选择

12、因而显现其重要性。较宽的RBW较能充足地反映输入信号的波形与振幅，但较低的RBW将能区别不同频率的信号。例如使用于6MHz频宽视讯频道的量测，经验得知，RBW为300kHz与3MHz时，载波振幅峰值并不产生明显变化，量测6MHz的视频信号一般选用300kHz的RBW以减少噪声。天线信号量测时，频谱分析仪的展频（Span）使用100MHz，获得较广阔的信号频谱需求，RBW使用3MHz。这些的量测参数并非一成不变，将会依现场状况及过去量测的经验加以调节。 1.分析频谱分析仪的讯息解决过程在量测高频信号时，外差式的频谱分析仪混波后来的中频因放大之故，能得到较高的敏捷度，且变化中频滤波器的频带宽度，能

13、容易地变化频率的辨别率，但由于超外差式的频谱分析仪是在频带内扫瞄之故，因此，除非使扫瞄时间趋近于零，无法得到输入信号的实时(Real Time)反映，故欲得到与实时分析仪的性能同样的超外差式频谱分析仪，其扫瞄速度要非常之快，若用比中频滤波器之时间常数小的扫瞄时间来扫瞄的话，则无法得到信号对的的振幅，因此欲提高频谱分析仪之频率辨别率，且要能得到精确之响应，要有合适的扫瞄速度。若用比中频滤波器之时间常数小的扫描时间来扫描的话，则无法得到信号的对的振幅。因此，欲提高频谱分析仪之频率辨别率，且要得到精确之响应，要有合适的扫描度。由以上之论述，可以得知超外差式频谱分析仪无法分析瞬时信号(Transien

14、t Signal)或脉冲信号(Impulse Signal)的频谱，而其重要应用则在测试周期性的信号及其他杂散信号(Random Signal)的频谱。频谱分析仪系统内部及面板显示的特性，详如附录一的阐明，对该内容的理解将有助于频谱分析仪的操作使用。一般本地振荡器输出信号的频率均高于中频信号的频率，本地振荡器输出信号的频率可被调节在谐波之频率，亦即¦IN=n¦LO¦IF        n=1, 2, 3.      

15、;                   (2) 由式(2)得知，频谱分析仪的信号量测范畴，无形中己被拓宽，低于或高于本地振荡器或其他谐波频率的输入信号，均能被混波产生中频。延伸输入信号频率的混波原理如图1.4所示，其中纵轴代表输入信号(¦IN)，横轴代表本地振荡频率(¦LO)，图中的正负整数代表公式(2)中频放大器相应的正负号。    &n

16、bsp;                  图1.3：频谱分析仪的信号流程由图1.4可体会频谱分析仪运用本地振荡的谐波信号延伸输入信号频率的工作原理。然而图1.4也许相应多种输入信号频率，为消除此一现象，在衰减器前面加入频率预选器(Preselector)，用来提高频谱分析仪的动态范畴，同步使输出的成果能清除其他不必要的频率而真正反映输入信号的频率。 图1.4：运用本地振荡之谐波信号拓展信号频率的原理由以上得知超外差

17、或频谱分析仪无法分析瞬时信号(Transient Signal)或脉冲信号(Impulse Signal)的频谱，而其重要应用则在测试周期性的信号及其他随机信号(Random Signal)的频谱。2.噪声特性由于电阻的热敏效应，任何设备均具有噪声，频谱分析仪亦不例外，频谱分析仪的噪声，本质上是热噪声，属于随机性（Random），它能被放大与衰减，由于系随机性信号，两噪声的结合只有相加而无法产生相减的效果。在频带范畴内也相称平坦，其频宽远不小于设备内部电路的频宽，检测器检知的噪声值与设定的辨别率频宽（RBW）有关。由于噪声是随机性迭加于信号功率上，因此显示的噪声准位与辨别率频宽成对数的关系，变

18、化辨别率频宽时噪声随之变化，噪声变化量有关的数学式如下所示：                                 (3)例如：频宽从100kHz（BW1）调节到10kHz（BW2），则噪声变化量为：     

19、     ，             (4) 亦即减少噪声量10dB (为本来的1/10)，相对提高讯号与噪声比10dB。由此可知，纯正要减少噪声量，使用最窄宽度的频宽将能达到目的。不管噪声来之于外部或内部产生，量测时均将影响信号振幅的精确性，特别在低准位信号时，更是如此，噪声太大时，甚至掩盖信号以致无法对的判断信号的大小，影响量测质量的两种噪声可概括为下列三大项：(1).产生于互换功能的数字电路、点火系统

20、与DC马达脉冲噪声，此类噪声常用于EMI（Electromagnetic Interference）的讨论领域里。(2).随机性噪声来之于自然界或电路的电子移动，又称之为(或称热敏)噪声、Johnson噪声、宽带噪声或白氏(White)噪声等，本书重要以热敏噪声为重点，数学式为：     ，                     &nb

21、sp;         (5)其中：=噪声功率=瓦/Hz或-174dB/Hz      k=Boltzman常数，joule/oK     T=绝对温度表达的常温=290 oK      BW=系统的噪声功率频宽（Hz）。在4MHz、75、290 oK时的噪声功率为-59.1dBm。由噪声功率得知，信号频宽减少，系统噪声功率随之减少，信号

22、的质量以信号噪声比表达(SNR；Signal-to-Noise Ratio)，信号强度（单位为dBm）与系统噪声功率（单位为dBm）的相减值即为信号噪声比，数学式为：                      (6)(3).非线性系统产生的噪声量测信号时均假设仪器为线性，亦即输出信号正比于输入信号，如图1.5之所示，实际状况并非如此，几乎没有完全的线性设备，其间输出与输入信号的

23、关系可由下数学式表达之：  线性系统：                                        (7a) 图1.5线性系统输出与输入信号的关系非线性

24、系统：                    (7b)   图1.6：非线性系统输出与输入信号的关系  显然地，非线性系统高次方项将产生谐波失真，是噪声源之一。 线性度的有关量测环节涉及：A.量测载波振幅。B.量测噪声振幅。C.应用校正因素。D.正常化设定的频宽。E.计算比值。如何减少量测设备噪声层（Noise Floor）避免影响精确度，是工程人

25、员须特别注意的技术，为了有效减少量测设备噪声层的影响，避免设备噪声过大以致无法辨别到信号，可在待测件(DUT)之前加入低噪声高增益放大器，此项有关的量测技术阐明将于本节后半段讨论之。3.匹配因素量测设备的输入阻抗有时无法匹配待测件连接线特性阻抗，根据电磁理论，阻抗匹配时，输出功率最大且没有其他不良的副作用，而阻抗不匹配，将导致信号反射，影响系统频率的稳定与导致信号功率的损失。信号在传播在线来回传送将产生驻波及噪声，进而影响接受端的信号质量与量测值的精确性。量测设备输入阻抗与待测件组抗不匹配之缺陷可规纳为：A.信号反射，传播缆在线产生驻波。B.噪声增大。C.减少信号输出功率。D.影响系统频率的稳

26、定。E.影响量测值之精确度。如阻抗不匹配，量测时一定要加入阻抗匹配器或阻抗转换器。阻抗匹配器一般由电感(L)与电容(C)或等效的微带线(Microstrip Line)所构成，而阻抗转换器由宽带的精密电阻所构成，有线电视系统传播同轴缆线阻抗为75，量测仪器之输入阻抗为50时，其最简朴型衰减式匹配电路如图1.7所示。 (图1.7：阻抗匹配(a)量测示意图(b)电路架构 运用输入阻抗为50的频谱分析仪量测75待测件而加入匹配器时，实际的信号振幅必须考虑匹配器的介入损失（Insertion Loss），才干真正反映信号的振幅。图1.7匹配电路衰减6dB，亦即介入损失为6dB，量测

27、时必须考虑此项损失，以避免误差。量测时频谱分析仪之读值如为P1(dBm)，则真正输入信号的振幅由下式计算之：                 (8) V(dBmV) = P1(dBm) + 6 (dB) + 48.8 (dB)。     (9)其中6(dB)来之于匹配器的信号介入损失，48.8 (dB)为dBm与dBmV单位的转换因素。其中dBm定义为1mW为基准的功率比对数值

28、，数学式表之如下： P(dBm) =。              (10)            而dBmV定义为1mV为基准的电压振幅比对数值，数学式表之如下：                (11)