為什么降低VBW不會降低頻譜儀底噪

為什么降低VBW不會降低頻譜儀底噪？文中將重點解釋使用頻譜儀時VBW的設(shè)置對頻譜測試的影響。相信大家在使用頻譜儀時曾經(jīng)遇到過這樣的現(xiàn)象：測試一個微弱的CW信號，當逐步降低VBW時，測試跡線越來越平滑，但是顯示的底噪水平(RMS值)卻沒有降低。這是為什么呢？開始研習頻譜儀的時候，筆者曾經(jīng)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，但是本著“知其然，知其所以然”的原則，筆者還是深入思考了這個問題，有些心得體會。俗話說，好記性不如爛筆頭，這里還是寫下來，以便日后翻閱。什么是VBW？什么是videofilter？Videofilter處于頻譜儀中哪個位置？搞清楚這三個問題，基本就明白了其中的原委。VBW是VideoBandwidth的縮寫，是指videofilter的3dB帶寬。傳統(tǒng)的頻譜儀采用的是模擬IF處理技術(shù)，RF輸入信號經(jīng)下變頻至末級IF，經(jīng)過RBWfilter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(videosignal)。Videofilter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(shù)的傳統(tǒng)頻譜儀的架構(gòu)示意圖。圖1、傳統(tǒng)頻譜儀架構(gòu)保持RBW不變的情況下，降低VBW對頻譜測試有什么影響呢？假如頻譜儀端接50Ohm負載，當前頻譜儀顯示的是自身的底噪聲，videofilter位于包絡檢波器之后，濾波的對象是寬帶噪聲的包絡信號，包絡信號并不具有噪聲那么大的帶寬，而是帶寬很小的視頻信號，如圖2所示。此外，寬帶噪聲的包絡信號的幅度起伏也沒有噪聲幅度起伏那么大。這意味著單純地看該包絡信號的頻譜是非常平坦的，屬于類白噪聲功率譜。但是，背景噪聲無處不在，即使包絡信號也不能幸免。當逐步降低VBW時，將會濾除部分疊加在包絡信號上的背景噪聲，所以底噪跡線越來越平滑。通常不會將VBW設(shè)置得太小，當VBW依然大于包絡信號帶寬時，并沒有濾除包絡信號，所以測得的底噪聲基本不變。那么，是不是任意降低VBW，都不會降低底噪聲呢？其實這么講是不合理的，因為寬帶噪聲的包絡信號有一定的帶寬，如果VBW小于包絡信號的帶寬，則顯示的底噪聲勢必會降低。圖2、寬帶噪聲對應的IF頻譜(左圖，帶寬取決于RBW)及包絡信號頻譜(右圖)圖3、降低VBW平滑了測試跡線與傳統(tǒng)頻譜儀不同，現(xiàn)代頻譜儀采用數(shù)字IF處理技術(shù)，末級IF直接經(jīng)過ADC采樣，然后經(jīng)過數(shù)字下變頻得到數(shù)字IQ信號。采用數(shù)字IF處理的好處在于，可以保留信號的相位信息，從而可以作信號解調(diào)分析，這是模擬IF處理所不及的。對數(shù)字I和Q信號取均方根值，即為信號的包絡，然后經(jīng)過videofilter濾波處理，雖然為數(shù)字濾波器，但是其作用是與傳統(tǒng)頻譜儀的videofilter類似的，此處不再贅述。圖4、現(xiàn)代頻譜儀的數(shù)字IF架構(gòu)示意圖結(jié)論：通常所說的“降低VBW只會平滑跡線而不會降低底噪”是有條件的，只有在VBW大于寬帶噪聲的包絡信號帶寬時，這才是成立的。那么測試信號的頻譜時，應該怎樣設(shè)置VBW呢？測試不同的信號，對于VBW的設(shè)置也是不同的。對于CW信號，因其包絡信號就是DC，所以任意降低VBW都不會影響信號電平測試。值得一提的是，較低的VBW雖然可以平滑跡線，改善測試精度，但是會造成測試速度的降低(當VBW<RBW時)。對于射頻脈沖信號，由于其包絡為基帶脈沖信號，具有很寬的頻譜，所以為了保證測試精度