用頻譜分析儀測量十分臨近和相對弱小的信號解決方案

 隨在用頻譜分析儀測量信號時，正確地設定分辨率帶寬（ RES BW），是減少測量誤差、捕捉兩個十分鄰近和相對弱小信號的關鍵。我們知道，分辨率與頻 譜儀中頻濾波器（IF濾波器）的帶寬有關，帶寬越窄，分辨率越高。除了濾波器的帶寬之外，形狀因數（shape factor）、濾波器類型、剩余調頻 （residual FM）和噪聲邊帶也是設定分辨率帶寬時應考慮的因素。下面，我們將依次分析每一項。

    首先，我們注意到，測試 信號在頻譜分析儀顯示屏上不可能顯示為無限細的線，它本身有一定的寬度。當調諧通過信號時，其形狀是頻譜分析儀自身分辨率帶寬（ IF濾波器）形狀的顯 示。這樣，如果改變濾波器帶寬，就改變了顯示響應的寬度。規定分辨率帶寬為濾波器的3dB帶寬。3dB帶寬告訴我們如何將兩個相隔十分鄰近的等幅信號彼此 分開，一般的說，如果兩信號的間隔大于或等于所選用分辨率帶寬濾波器的3db帶寬，兩個等幅信號就可以分辨出來。

    例一，兩個等幅信號間隔 10kHz，用10kHz的分辨帶寬容易分開它們，因為兩個信號之間將有約為3db的下陷，很清楚，這表明了有一個以上的信號。

    形 狀因數（亦稱帶寬選擇性），是對頻譜分析儀分辨相鄰的不等幅信號的量度，對于給定的分辨濾波器，形狀因數是 60dB帶寬對3dB帶寬之比，通常頻譜分析 儀IF濾波器具有≤15∶1的形狀因數。在我們測量兩個不等幅的鄰近信號時，如果小信號非常接近大信號，會因大信號而掩蔽小信號，換言之，小信號有可能掩 埋在大信號的裙邊中。對于幅度相差60db的兩個信號，其間隔應至少是60dB帶寬的一半或小于一半（用近似3dB下降）。15∶1的形狀因數的含義 是，1kHz分辨帶寬對應的60db帶寬是15kHz，它的一半是7.5kHz，如果大小信號間隔是10kHz，利用1kHz的分辨帶寬就能區分出它們。

    例 二，在上例中，兩個等幅信號間隔 10kHz，顯然，用10kHz分辨率區分信號是設有問題的，但是，對于相隔10kHz而幅度下降50dB的失真產物 （小信號），則有可能被掩沒，如果3kHz濾波器的形狀因數是15∶1，濾波器下降60db的帶寬是45kHz，失真產物（小信號）將隱藏到測試信號（大 信號）裙邊之下。重新設定一個分辨帶寬1kHz的窄帶濾波器，對應60dB的帶寬是15kHz，失真產物（小信號）就很容易被觀察到，因為60db帶寬的 一半是7.5kHz，它小于頻帶的間隔10kHz，因此，本例測量所需設定的分辨帶寬應不大于1kHz。

    影響分辨率的另一個因素 是頻譜分析儀的剩余調頻，剩余調頻與頻譜分析儀的本地振蕩器的頻率穩定度相關，一個頻譜分析儀的分辨帶寬不可能做得非常窄，以致能觀察到它自身的不穩定 度，如果它能夠這樣做，那幺我們將不能夠區分頻譜分析儀和加入信號兩者的剩余調頻，并且剩余調頻使顯示的信號模糊不清，以致在規定的剩余調頻內的兩個信號 不能被分辨出來。這就意味著，頻譜分析儀的剩余調頻決定了可允許的zui小分辨帶寬，同樣，它決定了等幅信號的zui小間隔。用鎖相構造的本地振蕩器作為參考源可 降低剩余調頻，也降低了zui小可允許的分辨帶寬。高性能的頻譜分析儀之所以價格昂貴，就是因為它有較好的相位鎖定系統，具有較低的剩余調頻和較小的zui小分辨 帶寬。

    噪聲邊帶 (亦稱相位噪聲)，是一種調制邊帶，作為在信號響應的基底上的噪聲邊帶表現為不穩定性，這個噪聲可能掩蓋近端 （靠近載波）低電平信號。換句話說，只考慮帶寬和形狀因數，我們可能會看到它，但是這些噪聲邊帶影響了高電平近端低電平信號的分辨率。邊帶噪聲一般只出現 在zui窄分辨帶寬的情況，因為較窄濾波器所需的響應時間較長，當掃描時間太快時，頻譜分析儀的分辨帶寬濾波器不能夠充分響應，即幅度下降、頻率向上移。為了 保持正確的讀數狀態，我們應該遵循下面的掃描時間設置。

掃描時間≥ k×掃描間隔／（分辨率帶寬）2 

    從上式我 們可以看到，同樣的掃描間隔（ span），窄的分辨率帶寬（RES BW）意味著長的掃描時間（SWP）。這里，對于平頂濾波器，10≤k≤20，對于 同步調諧模擬濾波器，2～5≤k。對于利用數字信號處理的頻譜分析儀，k≤1，這表明。，數字分辨帶寬有著優良的形狀因數和測量速度。一般頻譜分析儀能自 動聯鎖掃描時間，根據選取的掃描間隔和分辨帶寬自動地選擇zui快可允許的掃描時間，如果手動選取的掃描時間太快，顯示屏上會出現信息。

    zui 后，需要指出的是，在測量中總會出現一定量的雜波，通常情況下雜波很小，可以忽略不計。但測量低電平信號時雜波問題就嚴重了，通常雜波占有很寬的頻帶，如 果測量值含雜波電平，那幺測量誤差將會取決于雜波電平。分辨率帶寬較窄，允許雜波通過量較少，顯示器上的雜波層下降。分辨率帶寬變化 2倍，將導致雜波電 平變化3dB。雜波電平的下降，可使原先被雜波掩蓋的較小信號也能測量到。如果我們通過調分辨率帶寬之后，信號依然接近噪聲（雜波），則可用調節衰減和視 頻帶寬（VBW）來改進信號的可視度，對于衰減和視頻帶寬，本文不作具體分析。

    綜上所述，適當窄的分辨帶寬，適當小的輸入衰減，適當的視頻帶寬（視頻帶寬≤ 0.1―0.01分辨帶寬）是我們用頻譜分析儀測量兩個十分鄰近或相對弱小的信號，減少測量誤差應掌握的基本方法。