文中將重點(diǎn)解釋使用頻譜儀時(shí)VBW的設(shè)置對(duì)頻譜測(cè)試的影響。相信大家在使用頻譜儀時(shí)曾經(jīng)遇到過這樣的現(xiàn)象：測(cè)試一個(gè)微弱的CW信號(hào)，當(dāng)逐步降低VBW時(shí)，測(cè)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(xí)頻譜儀的時(shí)候，筆者曾經(jīng)也有過這樣的疑惑，雖然能否想清楚這個(gè)問題并不會(huì)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(gè)問題，有些心得體會(huì)。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video filter？Video filter處于頻譜儀中哪個(gè)位置？

搞清楚這三個(gè)問題，基本就明白了其中的原委。

VBW是Video Bandwidth的縮寫，是指video filter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(hào)經(jīng)下變頻至末級(jí)IF，經(jīng)過RBW filter之后，再采用包絡(luò)檢波器直接提取IF信號(hào)包絡(luò)。包絡(luò)信號(hào)一般頻率很低，所以通常稱為視頻信號(hào)(video signal) 。Video filter為低通濾波器(LPF)，位于包絡(luò)檢波器之后，專門對(duì)包絡(luò)信號(hào)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(duì)頻譜測(cè)試有什么影響呢？

假如頻譜儀端接50 Ohm負(fù)載，當(dāng)前頻譜儀顯示的是自身的底噪聲，video filter位于包絡(luò)檢波器之后，濾波的對(duì)象是寬帶噪聲的包絡(luò)信號(hào)，包絡(luò)信號(hào)并不具有噪聲那么大的帶寬，而是帶寬很小的視頻信號(hào)，如圖2所示。此外，寬帶噪聲的包絡(luò)信號(hào)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(luò)信號(hào)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(luò)信號(hào)也不能幸免。當(dāng)逐步降低VBW時(shí)，將會(huì)濾除部分疊加在包絡(luò)信號(hào)上的背景噪聲，所以底噪跡線越來越平滑。通常不會(huì)將VBW設(shè)置得太小，當(dāng)VBW依然大于包絡(luò)信號(hào)帶寬時(shí)，并沒有濾除包絡(luò)信號(hào)，所以測(cè)得的底噪聲基本不變。

那么，是不是任意降低VBW，都不會(huì)降低底噪聲呢？

其實(shí)這么講是不合理的，因?yàn)閷拵г肼暤陌j(luò)信號(hào)有一定的帶寬，如果VBW小于包絡(luò)信號(hào)的帶寬，則顯示的底噪聲勢(shì)必會(huì)降低。

圖2、寬帶噪聲對(duì)應(yīng)的IF頻譜(左圖，帶寬取決于RBW)及包絡(luò)信號(hào)頻譜(右圖)

圖3、降低VBW平滑了測(cè)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(jí)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(hào)。采用數(shù)字IF處理的好處在于，可以保留信號(hào)的相位信息，從而可以作信號(hào)解調(diào)分析，這是模擬IF處理所不及的。

對(duì)數(shù)字I和Q信號(hào)取均方根值，即為信號(hào)的包絡(luò)，然后經(jīng)過video filter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video filter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(huì)平滑跡線而不會(huì)降低底噪”是有條件的，只有在VBW大于寬帶噪聲的包絡(luò)信號(hào)帶寬時(shí)，這才是成立的。

那么測(cè)試信號(hào)的頻譜時(shí)，應(yīng)該怎樣設(shè)置VBW呢？

測(cè)試不同的信號(hào)，對(duì)于VBW的設(shè)置也是不同的。

對(duì)于CW信號(hào)，因其包絡(luò)信號(hào)就是DC，所以任意降低VBW都不會(huì)影響信號(hào)電平測(cè)試。值得一提的是，較低的VBW雖然可以平滑跡線，改善測(cè)試精度，但是會(huì)造成測(cè)試速度的降低(當(dāng)VBW < RBW時(shí))。

對(duì)于射頻脈沖信號(hào)，由于其包絡(luò)為基帶脈沖信號(hào)，具有很寬的頻譜，所以為了保證測(cè)試精度，VBW不能設(shè)置得低于RBW，建議VBW=10*RBW。

對(duì)于寬帶噪聲或者類噪聲信號(hào)，比如數(shù)字調(diào)制信號(hào)，為了保證電平測(cè)試精度，一般建議VBW=0.1*RBW。