数字频谱仪 VBW和RBW的相关知识

频谱分析仪里RBW和VBW的区别以前我对这个概念比较含糊。

前一段时间找到HP频谱分析仪的详细原理说明，终于明白了。

呵呵，RBW要比VBW重要得多，RBW是中频滤波器的3dB带宽（RBW的定义是峰值信号下降3dB，这一段的带宽值就是RBW值），设置它的大小，能决定是否能把两个相临很近的信号分开。

比如，模拟手机相临信道是25KHz,你就必须把RBW设置成比25KHz小，才能把两个信道的载波分离出来。

VBW是峰值检波后滤波器带宽，主要是使测试信号更加圆滑。

呵呵，也是3dB带宽。

别的厂家有6dB带宽的。

一般HP推荐VBW<0.01RBW.但我做的很多实验表明VBW=0.1RBW 最合理。

测试移动台基站的电磁辐射，最好的设置是 GSM 用 RBW=100KHz,VBW=10KHz,因为GSM的信道间隔是200KHz. span设置从938Mhz-960MHz ,覆盖整个GSM频段。

模拟的包括E-TACS 和AMPS都是用RBW=3KHz, VBW=300Hz 就可以了。

但span要1MHz,漫漫把所有信道都覆盖。

RBW & VBW-解析带宽与视频带宽(转)频谱分析之步骤由傅利叶(Fourier)级数得知，凡是周期性的讯号均可用倍频的正弦波来表示，因此示波器上所显示的是随时间变化之信号振幅，而在频谱分析仪上则以它的各个倍频谐波来表现，由此可得知它的频率成分。

(一)内部方块：频谱分析仪的主要架构是超外差接收机，利用一个可扫频的本地振荡信号，透过混波器，与所欲观测的射频(RF)信号产生差频(中频)信号，再由后级的电路处理，最后呈现在萤幕上。

(二)输入衰减器：因为混波器的RF输入最大线性范围有限(例如-5dBm)，这对一般量测是不够用的，因此必须将过大的信号预先衰减到混波器的RF输入线性范围，经混波器之后，再利用放大器将之还原。

此种架构会造成频谱分析仪上之显示杂讯位准随衰减器的值而起伏。

这是由于输入衰减器只能衰减RF输入信号，而杂讯是无所不在的，并不能被衰减，却被在混波器之后的放大器所放大，因此产生了衰减愈大则杂讯位准愈高的矛盾现象。

(三)混波器：RF信号与本地振荡信号经过混波器之后，会产生许多两者之间频率倍数相加减的信号成份，其中主要成分有四个：■ RF频率。

■ 本地振荡频率。

■ RF频率与本地振荡频率相减的信号。

■ RF频率与本地振荡频率相加的信号。

对线路设计而言，频率愈低是愈好处理。

因此，RF频率与本地振荡频率相减的信号是必然之选择，称为中频(IF)信号。

(四)本地振荡器：通常是由Ramp电路产生电流，控制YIG产生低频到高频的连续变化信号，同时也产生配合CRT的水平偏向电压，做由左向右的水平扫描。

(五)解析频宽(RBW)滤波器：RBW滤波器也称中频滤波器，它的作用是将中频(IF)信号由混波器产生的众多频率中过滤出来。

使用者可藉由频谱分析仪面板上的RBW控制钮，选择不同的3dB 频宽之RBW滤波器，RBW设得愈窄则观察到的频率分布愈细微，也降底了杂讯位准。

(六)对数(Log)放大器：由于频谱分析仪主要功能是量测信号的各个频率成份，它们往往彼此相差百倍以上，如果像示波器一样采用线性的垂直刻度，则比较弱的信号势必无法显现。

因此频谱分析仪采用对数放大器，将中频信号做非线性放大，以济弱抑强的方式，让各个频率均能完整地呈现。

(七)检波器(Detector)：如果直接将中频信号输出到萤幕上则会造成一团混乱，因此必须经过检波器，将中频的交流(AC)信号振幅转换为直流(DC)偏压，输出到萤幕形成相对的垂直偏向，以呈现各个频率的大小。

现行的频谱分析仪大多以数位取样方式将波形呈现在萤幕上，由于在取样的过程中，各取样点间的信号变化会有遗漏之虞，因此有四种模式供使用者选择：■ Sample。

■ Positive Peak。

■ Negative Peak。

■ Normal。

(八)视讯频宽(Video Bandwidth;VBW)：代表中频振幅的直流偏压送至萤幕之前，还有视讯滤波器这一关，它是一个低通滤波器，可将萤幕的垂直偏压变化，变得较为平缓。

举例来说，一个接近杂讯位准的微弱信号，可利用较低频的视讯频宽，达到将微弱信号鉴别出来之目的。

频谱分析仪之应用(一) 载波杂讯比(C/N)：它的定义是某一频道载波信号之功率大小，以及关闭载波后相同频道内所有杂讯的比值。

由于量测时会切断通讯，这对用户及系统提供者均会造成不便，因此有些通讯法规，如有线电视(CATV)就定义了不影响收视的另类量法。

频谱分析仪会提供一个游标量测载波信号的大小，另外有一个区域游标可量测频道间护卫频段(Guard Band)的杂讯功率值，以上两者比值就是另一种C/N值的表示。

(二)相位杂讯(Phase Noise)：一个理想的正弦波连续信号，在频谱上可以一条垂直线来代表；换句话说，只有在此一频率上才有信号的功率值，它的左右就完全没有功率。

但在真实的世界中，是不可能有如此完美的信号存在；一个正弦波连续信号，除了本身频率之外，还会有残存的功率在其附近，这称为相位杂讯，其量测方式是用专门的相位杂讯仪，以1Hz频宽的带通滤波器，于待测信号的左右(例如：±1KHz、±10KHz、±100KHz)做频率扫描，得出相对频率的相位杂讯值。

此种相位杂讯仪，其价格高达频谱分析仪的数倍，对一般使用者而言并不划算，若不求高精确度，可利用频谱分析仪选择最低的RBW(例如：1KHz)，直接量测主频率与其左右差频的相对dB值，再推估RBW=1Hz时的相位杂讯值。

(三)频道功率(Channel Power)与杂讯功率(Noise Power)：这两者的差异在于，频道功率是以带通滤波器的3dB频宽，计算其中的总功率值；而杂讯功率是以理想的矩形带通滤波器，来计算其中的杂讯功率值。

对于频宽大于带通滤波器的3dB频宽信号(例如杂讯)而言，用矩形带通滤波器会比用现实世界的3dB频宽带通滤波器，所得到的功率值要多2.5dB。

(四)相邻频道功率比(Adjacent Channel Power Ratio;ACPR)：为达频谱资源的有效利用，个人行动通讯系统(如CDMA、GSM、PHS)对于每一频道间的相互干扰均有规范，其中相邻频道功率比便是相当重要的一项。

有些频谱分析仪具有测试相邻频道功率比的功能。

现以W-CDMA为例说明如下：■根据规范，设定中心频率及扫描频宽将待测频道持续扫描出来。

■RBW设为待测频道频宽的十分之一以下(如30KHz)。

■设定相邻及交互频道的差频(Adj Ch=5MHz；Alt Ch=10MHz)。

■设定待测频道相邻及交互频道的宽频(3.84MHz)。

■执行量测。

频谱分析仪是量测通讯系统必备的基础仪器，其设定选项繁多(如RBW、VBW、Attenuator等)，而不同的设定会得到不同结果，只要根据待测系统的测试规范来设定，各类型频谱分析仪之间的量测结果应会有其一致性RBW叫做分辨率带宽，实际上是频谱仪内部滤波器的带宽，SPAN越窄，RBW会自动变小，提高分辨率，但扫描速度会变慢。

它的设置对测试结果是有影响的。

只有设置RBW大于或等于工作带宽时，读数才准确，但是如果信号太弱，频谱仪则无法分辨信号，此时即使RBW 大于工作带宽读数也会不准（比如测量上行噪声），此时就要将RBW设置的适当低（比如100KHZ），使得频谱仪可以分辨信号，此时读数较准。

VBW为视频带宽，只是为了滤除显示噪声，对测试读数没有影响。

当然最好调到频谱比较光滑，读数才比较准确。

采用高级DSP技术分析宽频频谱郭永球现代频谱分析仪进入百花齐放的阶段，种种不同形式相继出现，特徵与价格存在很大的差异，对於不熟识频谱分析仪专用名词的人士要了解及比较不同级别分析仪的详细规格书实感困难，部份原因是常规的扫描分析仪及FFT分析仪的发展己依从非常不同的路线，目标在不同的应用范畴上，譬如传统扫描频谱分析仪已从初期阶段转向RF与微波系统测量，就以其采用模拟技术来讲，它能以下至次kHz区域的中等分辨带宽（RBW）的要求执行甚高频测量。

数字信号处理技术及尤其快速傅理叶变换（FFT）来自另一方向，受到所提供的模数转换器（ADC）技术的固有限制，包括在速度及动态范围上。

直至最近，这种技术主要限於音频范围分析上，尤其在音响及振动分析。

原因是这类分析根据於块状处理（即收集一块取样数据、处理、又收集下一块等等） ─ 相对於模拟系统的连续、贯通性质是截然不同的方法和另一类的术语。

其中一个主要限制是ADC所提供的动态范围，高质素的扫描模拟分析仪已能够有完全超过100dB的无寄生动态范围（Spurious Free Dynamic Ranges, SFDR）达数年之久，而至近来，ADC除了在很慢的取样速度外再无法与其他强大的对手竞争，这就是FFT分析仪主要被降级至音频范畴的原因。

一切改变实在急促，主要由於来自无线电通信团体的压力，以致具有SFDR高达100dB的16 bit ADC现在商业出售可至少有5MS/s的取样率；14 bit及90dB SFDR的至少有100MS/s，即使在GS/s取样范畴，10 bit及12 bit的ADC也渐渐有售，而这个趋势会加剧，对於DSP技术的要求实太大，往往在更高频率上。

图1∶传统扫频频谱分析仪的典型结构频谱分析的好处显然在好几个领域上，这包括置换扫频分析仪内的传统RBW及视频带宽（VBW）滤波器，以至特性上得到重大改善；又引进FFT技术，改善测量速度，尤其在低的RBW。

最近，引入实时宽带频谱分析技术，已准许首次进行宽带猝发模式信号的真正频谱分析，在通信与雷达系统中越来越多使用这些技术。

而采用传统频谱分析仪量度这类信号是极为困难的。

传统的扫频频谱分析仪这类结构（图1）当中最困难及昂贵的两部份是选择所需RBW的滤波器组和微波扫频本地振荡器（LO），标准的做法是采用1:3:10次序取得阔范围的RBW（10Hz、30Hz、100Hz、300Hz等，一直至3MHz及以上），这需要12个不同的RBW，而对於狭窄的RBW来讲，就呈现了一个非常困难的滤波器设计，而事实上，对於300Hz以下的RBW，转化数字技术是很普遍的，采用下变频至更低IF（比如4.8kHz），这正是具有窄RBW 能力的频谱分析仪也很昂贵的原因。

扫频式本振也显示出是一项困难设计的挑战，RBW越窄，频率扫描越准确，因此振描器相位噪声要求越低。

在昂贵的分析仪当中，一般采用合成信号源以达至这个目的。

以目前来看，我们主要考虑於IF设计问题上面，事关存在高质扫频式本振的要求，不管IF设计的确切本质如何。

然而，应要紧记，从中心频率准确性及相位噪声的观点来看，利用数字技术取得窄的RBW，就需要在整个系统里面都采用非常高质素的本振。