什么是VBW？為什么降低VBW不會(huì)降低頻譜儀的底噪呢？

開(kāi)始研習(xí)頻譜儀原理的時(shí)候，曾經(jīng)有過(guò)這樣的疑惑“為什么降低VBW不會(huì)降低底噪”。其實(shí)能否想清楚這個(gè)問(wèn)題并不會(huì)影響使用頻譜儀，大家只要記住“降低VBW可以平滑跡線”這樣的結(jié)論即可。但是本著“知其然，知其所以然”的原則，作者還是深入思考了這個(gè)問(wèn)題，有些心得體會(huì)。俗話說(shuō)，好記性不如爛筆頭，這里還是寫(xiě)下來(lái)，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，其濾波對(duì)象是什么？

搞清楚這三個(gè)問(wèn)題，基本就明白了其中的原委。

VBW是video bandwidth的縮寫(xiě)，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(guò)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 filter為低通濾波器(LPF)，位于包絡(luò)檢波器之后，專(zhuān)門(mén)對(duì)包絡(luò)信號(hào)作濾波處理，圖1給出了傳統(tǒng)頻譜儀的架構(gòu)示意圖。

圖1 傳統(tǒng)頻譜儀架構(gòu)

在不改變RBW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)象是底噪聲的包絡(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)。

此外，寬帶噪聲的包絡(luò)信號(hào)的幅度起伏也沒(méi)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(lèi)白噪聲功率譜。但是，寬帶噪聲無(wú)處不在，即使包絡(luò)信號(hào)也不能幸免。當(dāng)降低VBW時(shí)，會(huì)濾除部分疊加在包絡(luò)信號(hào)上的寬帶噪聲，所以底噪跡線越來(lái)越平滑。通常不會(huì)將VBW設(shè)置得太小，當(dāng)VBW大于包絡(luò)信號(hào)帶寬時(shí)，并沒(méi)有濾除包絡(luò)信號(hào)，所以顯示的底噪聲基本不變。

圖2 頻譜儀底噪聲IF頻譜(左圖，取決于RBW)及包絡(luò)信號(hào)頻譜(右圖)

那么，是不是任意降低VBW，都不會(huì)降低頻譜儀底噪聲呢？

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。

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(guò)ADC采樣，然后經(jīng)過(guò)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)，然后再經(jīng)過(guò)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(lèi)似的，此處不再贅述。

圖3 數(shù)字IF處理技術(shù)架構(gòu)示意圖

結(jié)論：通常所說(shuō)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)試頻譜時(shí)，應(yīng)該怎樣設(shè)置VBW呢？

信號(hào)類(lèi)型不同，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。需要說(shuō)明的是，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。

圖4 降低VBW平滑了測(cè)試結(jié)果

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(lèi)噪聲信號(hào)，比如寬帶數(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。