频谱仪使用过程中如何选择最好的分辨率带宽(RBW)?

频谱分析仪是广播监测、射频元件测试和 EMI 故障排除的有力工具。许多现代分析仪都提供多种常用调整功能，可针对特定应用优化性能。在本文中我们将介绍分辨率带宽 (RBW) 和视频带宽 (VBW) 及其对测量的影响。

分辨率带宽(RBW)是什么意思？

分辨率带宽 (Resolution Bandwidth RBW) 是两个不同频率的信号能够被清楚分辨出来的最低频宽差异，两个不同频率的信号频宽如低于频谱分析仪的RBW，此时该两信号将重叠，难以分辨。

分辨率带宽(RBW)

分辨率带宽RBW是频谱仪基本性能指标之一

对于频谱分析仪，分辨率带宽RBW指的是中频滤波器的3dB带宽。也是衡量能否分辨两个等幅信号的能力，RBW小于等于两个信号的频率间隔，可以分辨出两个信号峰

在双音测试中，两个信号相隔10kHz，RBW＝10KHz时，仪表测试可显示出两个信号峰。显然用10kHz滤波器分辨出等幅双音信号是没有问题的。

RBW为分辨等幅信号的能力

RBW越小，分辨率越高

分辨率带宽（RBW）对测量有哪些影响？

1. 为了能够显示两个或两个以上频率彼此靠近的信号，您需要一个带宽足够小的（分辨率）滤波器。

2. 分辨率过滤器的带宽也会影响频谱仪所显示的噪声。带宽越小，结果噪声越小。规则是，如果将带宽增加或减少3倍，则噪声会降低或升高5 dB。如果将带宽更改为10倍，则显示的噪声将更改10 dB。

3. 分辨率带宽会影响测量速度。如果要显示真实频谱，则分辨率滤波器必须在所有感兴趣的频率上稳定下来。与宽带滤波器相比，窄带滤波器的建立时间更长。因此，扫描时间越长，分辨率带宽越小。规则是，如果将带宽减少3倍，则扫描时间将增加9倍。如果将带宽减少10倍，则扫描时间将增加100倍。

RBW为10kHz下的扫频时间为27.5ms

对大多数测量来说，我们选择足够窄的分辨率带宽来分辨输入信号的各个频谱分量。如果本振频率固定，频谱仪则调谐到信号的其中一个频谱分量上，那么中频输出就是一个恒定峰值的稳定正弦波。于是包络检波器的输出将是一个恒定（直流）电压，并没有需要检波器来跟踪的变化。

分辨率带宽（RBW）是您能隔离两个信号，并还能看到它们的最小带宽。RBW也会影响 KTB噪声系数功率，因为 RBW 每改变 10 倍，KTB 功率改变 10 dB。

较小的 RBW 可提供更精细的频率分辨率，并能够区分频率相近的信号。但为什么不在所有测量中都使用最小的 RBW 设置呢？

较低的RBW固然有助于不同频率信号的分辨与测量，但是低的RBW将滤除较高频率的信号成份，导致信号显示时产生失真。失真值与设定的RBW密切相关，较高的RBW固然有助于宽频带信号的侦测，但是这将增加噪底(Noise Floor)，降低量测灵敏度，对于侦测低强度的信号易产生阻碍。因此适当的RBW宽度是正确使用频谱分析仪的重要参数。

有些时候我们会故意使分辨率带宽足够宽以包含两个或更多的频谱分量，而有些场合则别无选择，因为这些频谱分量之间的频率间隔比最窄的分辨率带宽还要小。假设通带内只含两个频谱分量，则两个正弦波会相互影响而形成拍音，如图所示，中频信号的包络会随着两个正弦波间的相位变化而变化。

如何择**分辨率带宽 (RBW)？

必须认真考虑分辨率带宽(RBW)的设置，因为他关系到频谱成分的分离，适宜的噪声基底的设置和信号的解调。

在进行有苛刻要求的频谱测量时，频谱分析仪必须精确、快速并具有高动态范围。在多数情况下，强调其中某一参数会对其它参数有所影响。因此在进行RBW设置时需要综合权衡这些因素。

通过低电平信号的测量，可以看到使用窄RBW的优点。在使用窄RBW时，频谱分析仪显示出较低的平均噪声(DANL)，且动态范围增加，灵敏度有所改进。

在下图中，把RBW从100 kHz改变到10 kHz将能更好地分辨-95 dBm 的信号。

图. 100KHz RBW 和10KHz RBW的测试结果

但并非任何情况都是最窄的RBW最好。对于调制信号，RBW一定要设置得足够宽，使它能将信号边带包括在内。如果忽略这一点，测量将是极不精确的。 窄RBW设置的一项重要缺点是扫频速度。更宽的RBW设置在给定频率范围内允许更快的扫频。

下图比较了在200 MHz 频率范围内，10 kHz 和3 kHz RBW 的扫频时间。

图. 10KHz RBW的扫描时间为7.627S

图. 3KHz RBW的扫描时间为26.79S

一定要知道RBW 选择时所必须的基本权衡因素，明白哪些参数最为重要的时候给以适当的优化。但在权衡不可避免时，现代频谱分析仪可为您提供弱化，甚至消除这些因素的方法。通过使用数字信号处理，频谱分析仪在实现更精确的测量的同时还提供更高的速度，即使是使用窄RBW。

为什么RBW滤波器的矩形系数定义会以60dB为界？

就要涉及到频谱分析仪本地振荡器（简称LO，Local Oscillator）的稳定程度，因为本振本身的不稳定，其相位噪声可能将靠近载波频率附近60dB以下的信号全部淹没，这时矩形系数已经没有测量意义了。

分辨率带宽(RBW) 决定了

•相邻信号分辨的能力
•能观察到信号细节的能力

视频带宽和分辨率带宽区别是什么?

分辨率带宽RBW是您能隔离两个信号，并还能看到它们的最小带宽。RBW也会影响KTB噪声系数功率，因为RBW每改变10倍，KTB功率改变10dB。

视频带宽滤波器噪声。视频带宽用于平均，它等效一个低通滤波器。为过滤噪声，视频带宽通常设置得较窄，但又不过窄，因为这会减慢扫描时间。

在特定情况下视频带宽可设置得较宽。一个例子是不需要，或不要求平均。另一个例子是在零跨距时测量AM。为测量AM，视频带宽需要足够宽。

视频带宽是什么意思？

影响频谱分析仪显示轨迹质量的另一个因素是视频带宽 (Video Bandwidth VBW)。视频滤波是一种时域低通滤波器，在数学上相当于平均值。视频带宽 VBW 滤波器的主要作用是平滑轨迹并降低噪声。

视频带宽用于平均，为过滤噪声，通常设置得较窄，但又不过窄，因为这会减慢扫描时间 (Sweep Time ST)。扫描时间是指检波器从起始频率扫描到终止频率所需的时间。

在特定情况下视频带宽可设置得较宽。一个例子是不需要，或不要求平均。另一个例子是在零跨距时测量AM。为测量AM，视频带宽需要足够宽。

视频带宽

•自动设置状态下，VBW由RBW决定

•VBW设置影响频谱的平滑和测试速度

•减小VBW有利频谱仪发现淹没在噪声中的小功率CW信号

视频滤波

视频滤波用到的就是视频滤波器，它其实是一个低通滤波器，对检波器输出视频信号进行低通滤波处理，用于确定显示的视频信号的带宽。

当视频滤波器的截止频率降低时，视频系统将无法再跟随通过IF链的信号的包络线的更快变化。结果是所显示信号的平滑。平滑量由视频带宽与分辨率带宽之比确定。 0.01以下的比率可提供非常好的平滑度。

减小视频带宽可对频谱显示中的噪声抖动进行平滑，从而减小显示噪声的抖动范围。这样有利频谱仪发现淹没在噪声中的小功率CW信号，还可提高测量的可重复性。

自动状态下，频谱仪的VBW设值与RBW关联，在[BW]菜单下，可确定VBW和RBW的比值关系。

如下图1所示，频谱仪的显示是被测信号加上它自身的内部噪声。为了减小噪声对显示信号幅度的影响，我们常常对显示进行平滑或平均，如图 2所示。

频谱仪所包含的可变视频滤波器就是用作此目的。它是一个低通滤波器，位于包络检波器之后，并且决定了视频信号的带宽，该视频信号稍后将被数字化以生成幅度数据。此视频滤波器的截止频率可以减小到小于已选定的分辨率带宽（IF）滤波器的带宽。这时候，视频系统将无法再跟随经过中频链路的信号包络的快速变化。结果就是对被显示信号的平均或平滑。

图 1. 频谱仪显示的信号加噪声

图 2. 图 2-27 中的信号经充分平滑后的显示

图 3. VBW 与 RBW 比值分别为 3:1、1:10、1:100 时的平滑效果

这种效果在测量噪声时最为明显，尤其是选用高分辨率带宽的时候。当减小视频带宽，那么噪声峰峰值的波动变化也随之减小。

如图 3 所示，减小的程度（平均或平滑的程度）随视频带宽和分辨率带宽的比值而变。当比值小于或等于 0.01 时，平滑效果较好，而比值增大时，平滑效果则不太理想。视频滤波器不会对已经平滑的信号迹线（例如显示的正弦信号已可以很好地与噪声区分）有任何影响。

如果将频谱仪设置为正峰值检波模式，可以注意到以下两点：

首先，如果 VBW > RBW，则改变分辨率带宽对噪声的峰峰值起伏影响不大。

其次，如果 VBW < RBW，则改变视频带宽似乎会影响噪声电平。

噪声起伏变化不大是因为频谱仪当前只显示了噪声的峰值。不过，噪声电平表现出随着视频带宽而变，这是由于平均（平滑）处理的变化，因而使被平滑的噪声包络的峰值改变，如图4。选择平均检波模式，平均噪声电平并不改变，如图 5。

图 4. 正峰值检波模式：减小视频带宽使峰值噪声变小，但不能降低平均噪声电平

图 5. 平均检波模式：无论 VBW 与 RBW 的比值为多少（3:1、1:10、1:100），噪声电平保持不变

由于视频滤波器有自己的响应时间，因此当视频带宽 VBW 小于分辨率带宽 RBW 时，扫描时间的改变近似与视频带宽的变化成反比，扫描时间（ST）通过以下公式来描述：

现代频谱分析仪提供灵活的测量功能。请选择具有可调分辨率带宽RBW/视频带宽VBW（越低越好）且相位噪声低于被测信号的分析仪。

调整RBW可以降低本底噪声并提高频率分辨率，但扫描时间会显著增加。对于噪声信号，可以降低VBW以帮助平滑轨迹并更容易识别信号，但这也会增加扫描时间。

如果您正在进行EMI测量，则需要6dB更锐利的滤波器选件来提高峰值检测精度。