频谱分析仪的中频滤波器对频率分辨率影响

频率分辨率指的是频谱分析仪能明确分离出两个输入正弦波的能力。通常用分辨带宽RBW(resolution bandwidth)来表示中频滤波器的3dB带宽或6dB带宽。图1就清楚地表明了这一点，相隔5kHz的两个信号，当我们选用10kHz的分辨带宽时，它们的迹线在顶部重迭，看起来像一个响应；当我们选用3kHz的分辨带宽时，就能清晰地彼此分开。


图1　不同分辨带宽对等幅信号的分辨率的影响

　　在我们实际的测量中，我们经常会遇到的是幅度不等而又靠的比较近的信号，例如一些失真产物。在这种情况下，幅度较小的信号往往被幅度大的信号的裙边所淹没。那么，怎样才能保证小信号不被大信号淹没呢?首先，中频滤波器必须做的足够窄，现在有的分析仪的中频滤波器已经可以做到1Hz带宽；其次，要有很好的选择性，即中频滤波器应尽能的陡一些，形状因子(中频滤波器60dB带宽与3dB带宽之比)越小，其选择性越好，对于模拟滤波器，可以达到11 1，一般多为(12～15) 1，对于数字滤波器可以达到5 1。

　　下面我们就举例来讨论形状因子和分辨带宽对分辨不等幅信号的影响。为了说明这个问题，我们引用下面的公式计算出在给定的频偏和RBW下滤波器的边缘下降了多少：

　　-3dB-[(△f-BW3/2)/(BW60/2-BW3/2)]×57dB

　　式中，△f为两个信号的频率差；BW3为中频滤波器3dB带宽；BW60为中频滤波器60dB带宽。

　　由上式确定了滤波器边缘下降的值后，即意味着小于这个值的信号是可以分辨的，而大于这个值的信号是不能被分辨的。例如：当我们选择形状因子为12 1、频偏为5kHz时，计算在3kHz和1kHz的RBW下能分辨的最小信号。

　　当RBW=3kHz时：

　　-3-[(5-3/2)/(36/2-3/2)]×57=-15(dB)

　　即当我们用带宽为3kHz、形状因子为12 1的中频滤波器时，最大可以分辨出偏离5kHz、幅度差为15dB的两个信号。同理，可算出当我们用带宽为1kHz、形状因子为12 1的中频滤波器时，最大可以分辨出偏离5kHz、幅度差为49dB的两个信号。图2就清楚的表明了这一点。


图2　不同分辨带宽对不等幅信号分辨率的影响

　　上面的计算显得稍微复杂了一些，但它充分说明了这样一个事实：在相同的形状因子的情况下，RBW越小，分辨小信号的能力越强；在相同的RBW的情况下，形状因子越小，分辨小信号的能力越强。在实际使用中我们并不需要进行这样的计算，但是对于我们理解中频滤波器的特点是有帮助的。我们在用频谱分析仪对信号进行分析观察时，影响到频率分辨率的主要有两个因素：一个就是分析仪所用的中频滤波器的形状因子；另外一个就是我们所选用的分辨带宽。一台分析仪的形状因子是无法改变的，而分辨带宽一般是可调的，因而我们在使用中可以通过调整分辨带宽来达到我们的目的。
作者：德亚男   来源：数字通信世界