分辨率带宽(RBW,Resolution Bandwidth)是频谱分析仪的核心技术参数,用来衡量仪器分离出两个正弦输入信号的能力。中频滤波器决定了分辨率带宽RBW,频谱仪带宽按照-3dB定义,EMI接收机按照-6dB带宽定义。这种带宽定义方法按照图所示。在中频滤波器频响曲线上,参考中心频点的最高值的两侧幅值下降3dB对应的频率宽度就是-3dB带宽,同理,两侧幅值下降6dB对应的频率宽度就是-6dB带宽。

二、RBW的影响
1、RBW决定了频率分辨力。简单来说,RBW 越小,频率分辨率越高,越容易把靠得很近的信号分开。下图是两个幅度相同的正弦载波的频谱,减小RBW后,两个信号可以被明确的分辨开。

下图中相邻信号的电平有明显不同,小电平信号在较大RBW下不会显露出来。但是通过减小RBW后,小信号可以显露出来。

2、RBW影响信噪比。噪声功率等于对RBW内噪声功率谱密度的积分。RBW值减小,频谱仪的底噪越低。在测试比较微弱的信号时,可以通过降低RBW来提高频谱仪的测试灵敏度。

3、RBW影响测试速度。当RBW设置越小,频谱仪的扫描速度会越慢,这是因为:滤波器的带宽越小,瞬态响应时间越长,也就是需要更长的时间建立冲激响应。

三、RBW的设置原则
在频谱仪的实际操作中,“最好”的RBW并不存在固定值,而是在测量速度、信噪比和测量目标准确性之间取得**折中。
当测量单音信号时,如果信号功率较大,无所谓RBW如何设置。但是如果信号功率很小,就需要减小RBW,降低底噪,提高信噪比,以免小信号淹没在噪声里。测试杂散、高次谐波等微弱信号时同理。
当存在等幅多音信号且它们之间靠得很近时,需要较小的RBW以提高分辨率,一般将RBW设置为最小频间距的1/10。另外,对于非等幅信号,即一个大信号旁边存在一个小信号时,由于中频滤波器有限的带外选择性,需要使用小RBW,以便将小信号从大信号的“裙边”(带内噪声)中分离出来。
测量占用带宽时,RBW应显著小于信号的占用带宽(例如,小于占用带宽的1%~10%)。这样RBW滤波器对频谱形状的影响才可以忽略不计。实际操作中,可以采用以下方法:(1)先使用较大的RBW找到信号并初步估计其带宽;(2)然后逐步减小RBW,观察显示的频谱形状和占用带宽值是否趋于稳定;(3)当继续减小RBW而测量结果不再显著变化时,即可认为RBW足够小。
当然,RBW设置越小分辨率越高,测试更加准确,但会降低测试速度,提高测试时间。扫描时间与BRW之间的关系如下:
Sweep Time = k · (SPAN / RBW²)
Sweep Time是一次扫频所需时间,单位为s。k是与滤波器形状因子、检波方式、允许的信噪比、是否数字 FFT 模式等有关的常数,典型值在 1~3 之间(老式模拟高斯滤波器常取 2~2.5;现代 FFT 模式可把 k 降到 0.1 量级)。SPAN是扫宽(单位 Hz)。RBW单位为Hz。
因此RBW不是设置的越小越好,需要在能够承受测量时间的情况下尽量减小RBW,在灵敏度和速度之间找到黄金平衡点,既保证信号测量的准确性,又能获得较快的测量速度。如果信号带宽较小,为了能设置更小的RBW,通常可以减小SPAN,能够在较大分辨率情况下同时能够减小扫描时间。当然,如果对频率分辨率要求不高时,使用大RBW可以大大提高测量速度。
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