相信大家在使用頻譜儀時曾(ceng)經(jing)遇到(dao)過這(zhe)樣的(de)現象：測試一(yi)個(ge)微弱的(de)CW信號，當逐步(bu)降低(di)VBW時，測試跡線(xian)越來越平滑，但是顯示(shi)的(de)底(di)噪水平(RMS值) 卻沒有(you)降低(di)。這(zhe)是為什么(me)呢(ni)？

開始研習頻譜儀的時候，筆者曾經也有過這樣的疑惑，雖然能否想清楚這個問題并不會影響使用頻譜儀，但是(shi)本(ben)著“知(zhi)其然，知(zhi)其所以然”的(de)原則，筆者還(huan)是(shi)深入思考了這(zhe)個(ge)問題，有些心(xin)得體會。俗(su)話說(shuo)，好(hao)記性(xing)不如爛筆頭(tou)，這(zhe)里(li)還(huan)是(shi)寫下來，以便日后翻閱。

什么是VBW？什么是video filter？Video filter處于頻譜儀中哪個位置？

搞清楚這三個問題，基本就明白了(le)其中的原委。

VBW是Video Bandwidth的縮寫，是指video filter的3dB帶寬。傳統的頻譜儀采用的是模擬IF處理技術，RF輸入信號經下變頻至末級IF，經過RBW filter之后，再采用包絡檢波器直接提取IF信號包絡。包絡信號一般頻率很低，所以通常稱為視頻信號(video signal) 。Video filter為低通濾波器(LPF)，位于包絡檢波器之后，專門對包絡信號作濾波處理，圖1給出了采用模擬IF處理技術的傳統頻譜儀的架構示意圖。

 圖1、傳統頻譜儀架構

保(bao)持(chi)RBW不變的情況(kuang)下(xia)，降低VBW對頻譜測試(shi)有什么影響呢？

假如頻譜儀端接50 Ohm負載，當前頻譜儀顯(xian)示的(de)是(shi)(shi)自(zi)身的(de)底噪(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)，video filter位(wei)于(yu)包(bao)絡(luo)檢波器(qi)之后，濾波的(de)對(dui)象是(shi)(shi)寬(kuan)(kuan)帶噪(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)的(de)包(bao)絡(luo)信號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)，包(bao)絡(luo)信號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)并不(bu)(bu)具有噪(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)那(nei)么(me)大的(de)帶寬(kuan)(kuan)，而是(shi)(shi)帶寬(kuan)(kuan)很小的(de)視(shi)頻(pin)信號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)，如圖2所示。此外，寬(kuan)(kuan)帶噪(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)的(de)包(bao)絡(luo)信號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)的(de)幅度起伏(fu)也(ye)沒有噪(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)幅度起伏(fu)那(nei)么(me)大。這意(yi)味著(zhu)單純地看(kan)該包(bao)絡(luo)信號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)的(de)頻(pin)譜是(shi)(shi)非(fei)常(chang)平(ping)坦的(de)，屬于(yu)類白噪(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)功率譜。但是(shi)(shi)，背景(jing)噪(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)無處(chu)不(bu)(bu)在(zai)，即使包(bao)絡(luo)信號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)也(ye)不(bu)(bu)能幸免。當逐步降低(di)VBW時，將(jiang)會濾除(chu)部分疊加在(zai)包(bao)絡(luo)信號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)上的(de)背景(jing)噪(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)，所以底噪(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)跡(ji)線越來越平(ping)滑。通常(chang)不(bu)(bu)會將(jiang)VBW設置得(de)太小，當VBW依然大于(yu)包(bao)絡(luo)信號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)帶寬(kuan)(kuan)時，并沒有濾除(chu)包(bao)絡(luo)信號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)，所以測得(de)的(de)底噪(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)基(ji)本不(bu)(bu)變。

那(nei)么，是不是任(ren)意(yi)降(jiang)低VBW，都(dou)不會降(jiang)低底噪聲(sheng)呢(ni)？

其實這么(me)講是(shi)不合理的(de)(de)，因為(wei)寬帶(dai)(dai)噪(zao)聲的(de)(de)包絡(luo)信號有(you)一定的(de)(de)帶(dai)(dai)寬，如(ru)果(guo)VBW小于包絡(luo)信號的(de)(de)帶(dai)(dai)寬，則(ze)顯示(shi)的(de)(de)底噪(zao)聲勢必(bi)會(hui)降低(di)。

圖(tu)2、寬帶(dai)噪聲對應的(de)IF頻(pin)譜(左圖(tu)，帶(dai)寬取(qu)決(jue)于RBW)及包絡信(xin)號(hao)頻(pin)譜(右圖(tu))

圖3、降(jiang)低(di)VBW平滑(hua)了測(ce)試跡線

與傳統頻譜儀不同，現代頻譜儀采(cai)用(yong)數(shu)字IF處(chu)理技術，末級IF直接經(jing)過(guo)ADC采(cai)樣，然(ran)后經(jing)過(guo)數(shu)字下變頻得(de)到數(shu)字IQ信(xin)號(hao)。采(cai)用(yong)數(shu)字IF處(chu)理的(de)(de)好(hao)處(chu)在于(yu)，可以保留(liu)信(xin)號(hao)的(de)(de)相位信(xin)息，從而可以作(zuo)信(xin)號(hao)解(jie)調(diao)分析，這是模擬IF處(chu)理所(suo)不及的(de)(de)。

對數字I和Q信號取均方根值，即為信號的包絡，然后經過video filter濾波處理，雖然為數字濾波器，但是其作用是與傳統頻譜儀的video filter類似的，此處不再贅述。

圖4、現代頻譜儀的數字IF架構示意圖

結(jie)論：通常所說的(de)(de)“降低VBW只(zhi)會(hui)平滑(hua)跡線而不會(hui)降低底噪”是有條件的(de)(de)，只(zhi)有在VBW大(da)于寬帶(dai)噪聲(sheng)的(de)(de)包絡信號帶(dai)寬時，這才是成(cheng)立的(de)(de)。

那么測(ce)試(shi)信號的頻譜時，應該怎樣設(she)置(zhi)VBW呢？

測試不同的(de)(de)信號，對于(yu)VBW的(de)(de)設(she)置也是不同的(de)(de)。

對于CW信(xin)號(hao)，因其包絡信(xin)號(hao)就是(shi)(shi)DC，所以任(ren)意降低(di)VBW都不會(hui)影響信(xin)號(hao)電(dian)平測(ce)試(shi)。值得一提(ti)的是(shi)(shi)，較低(di)的VBW雖(sui)然可以平滑跡線，改善測(ce)試(shi)精度，但是(shi)(shi)會(hui)造(zao)成測(ce)試(shi)速度的降低(di)(當(dang)VBW < RBW時)。

對于(yu)射頻脈(mo)沖信(xin)號(hao)，由于(yu)其(qi)包絡為基(ji)帶脈(mo)沖信(xin)號(hao)，具(ju)有很寬(kuan)的頻譜，所以為了保(bao)證測試精度，VBW不能設置得低(di)于(yu)RBW，建議VBW=10*RBW。

對于寬帶噪(zao)聲或者類噪(zao)聲信(xin)號，比如數(shu)字調制信(xin)號，為(wei)了保證電(dian)平(ping)測試(shi)精度，一般建議VBW=0.1*RBW。