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小小頻譜解析度功能,成就頻譜分析儀大“形象”!

作者:由 博宇小測試 發表于 易卦日期:2023-01-29

矩形係數代表什麼

頻譜分析儀的頻率解析度是它區分臨近頻率分量的能力。有很多訊號測試要求頻譜儀具有較高的頻率解析度,只有當頻譜分析儀的分辨能力足夠高時,才會在螢幕上正確反映訊號的特性。頻譜分析儀的頻率解析度與其內部的中頻濾波器和本地振盪器的效能有關。據博宇訊銘瞭解,中頻濾波器的型別、3dB頻寬、頻率選擇性和本地振盪器的本振殘餘調頻和本振相位噪聲都會影響到頻譜分析儀的頻率解析度。

小小頻譜解析度功能,成就頻譜分析儀大“形象”!

1、RBW對鄰近等幅訊號分辨的影響

頻譜儀上理想CW訊號不可能顯為限細的線,它本有定的寬度。當調諧透過訊號時,其形狀是頻譜分析儀解析度頻寬(IF濾波器)形狀的顯。這樣,如果改變濾波器的頻寬,就改變了顯響應的寬度。

通常會將中頻濾波器的3dB頻寬定義為RBW,RBW越,頻率解析度越,頻譜分析儀的RBW即為其分辨等幅訊號的能。

當兩個等幅訊號相鄰很近時,頻譜分析儀上看到兩個訊號之間有個3dB的凹陷,這時兩個訊號被認為是可以分辨開的,即兩個訊號間隔於所選解析度頻寬的3dB頻寬,就可以將它們分辨出來。

RBW越頻率解析度越,但是掃描幀頻率所需要的時間也越長,另外RBW每增加10倍,底噪功率增加10dB。

我們設定不同的RBW,可以測量出底噪的差別很明顯。較低的RBW有助於不同頻率訊號的分辨,同時使底噪降低,可以測量更低功率的訊號,觀察到更的雜散,但是掃描時間將顯著延長。較的RBW有助於快速測量寬頻帶訊號,但是將增加底噪,降低量測靈敏度,因此設定“夠”的RBW寬度是正確使頻譜分析儀重要的測試技巧。

2、矩形係數對不等幅訊號分辨的影響

矩形係數被定義為(60dBBW)/(3dBBW)

在測量不等幅訊號的時候,訊號很可能被淹沒在打訊號的邊帶內,對於幅度相差60dB的兩個訊號,其間隔少是60dB頻寬的半(近似3dB下降作區分),濾波器的矩形係數是決定不等幅訊號解析度的關鍵。

對於像個10kHz幅度下降50dB的失真產物的測試,如果RBW設為3kHz,濾波器矩形係數為15:1,則濾波器60dB的頻寬為45kHz,失真產物便會被隱藏在測試訊號的響應邊帶下。如果採1kHz的濾波器,60dB頻寬為15kHz,失真產物便可以被觀測到了。

小小頻譜解析度功能,成就頻譜分析儀大“形象”!

3、相位噪聲對解析度影響

為何RBW濾波器的矩形係數定義會以60dB為界?如果矩形係數代表了頻譜分析儀分辨不等幅正弦訊號的能,那如何約束於底噪低於60dB的不等幅訊號的測量能?這就要涉及到頻譜分析儀本地振盪器的穩定程度,因為本振本的不穩定,其相位噪聲可能將靠近載波頻率附近60dB以下的訊號全部淹沒,這時矩形係數已經沒有測量意義了。

頻譜分析儀的LO都是由參考源(通常是晶體振盪器,XO)倍頻來。沒有哪種參考源是絕對穩定的,它們都在某種程度上受到隨機噪聲的頻率或相位調製的影響,這個影響程度隨時間在變化。時間的穩定度可以分為兩類:長期穩定度和短期穩定度。長期穩定度是指時鐘頻率偏離絕對值的多少,般ppm(百萬分之)來表;短期穩定度是時鐘相位瞬態的變化,在時域上稱抖動(jitter),在頻域上稱相位噪聲(PhaseNiose),表為指相對於載波定頻偏處的1Hz頻寬內的能量與載波電平的值,相應的單位為歸化的dBc/Hz。相位噪聲主要影響頻譜儀的解析度和動態範圍。

需要說明,在將參考源倍頻得到本振的過程中,穩定度也將按倍頻例惡化,其結果是相位噪聲變差。因此相位噪聲的標定通常要對應特定的測量頻率,例如在500MHz,1GHz等頻率點測量;典型的相位噪聲曲線經常要提供多個頻率點的情況,例如偏離1kHz,10kHz,100kHz分別給出測量值,便於橫向較。

混頻器將輸的射頻訊號和本振訊號相乘然後濾波,得到變頻後的中頻訊號。即使輸的射頻訊號是個很純淨的正弦波,混頻器也會將本振的相位噪聲忠實地帶混頻結果,形成個具有相同相位噪聲的中頻訊號。

因此,當我們對包含了本振相位噪聲的中頻進“峰值檢測”時,相位噪聲就會體現在測量結果中。在某個RBW下,距離這個頻率很近同時幅度於系統顯平均噪聲電平的另個訊號,雖然可被RBW在頻率軸分辨出來,但仍會隱藏在相位噪聲之下。當然,相位噪聲也是種隨機噪聲,它和系統的顯平均噪聲電平樣,隨解析度頻寬的變化規律致,若將解析度頻寬縮10倍,顯相位噪聲電平將減10dB。這種情況下需要使超過實際解析度的RBW來測量,代價就是增加了系統的掃描時間。

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