淺談分辨率帶寬RBW
頻譜儀是射頻工程師最常用的設備之一，信號的頻率、功率、諧波、相位噪聲等諸多射頻參數都需要使用頻譜儀測試。使用頻譜儀時，有一個參數需要經常設置，就是分辨率帶寬(Resolution BW，簡稱RBW)。RBW是指中頻鏈路上最小的中頻濾波器帶寬，決定了能夠通過的信號及寬帶噪聲的功率，因此對頻譜測試至關重要。
爲什麼將中頻濾波器的帶寬稱爲分辨率帶寬？分辨率帶寬對頻譜測試有哪些影響？如何設置分辨率帶寬？這些將是本文重點介紹的內容。
爲什麼稱爲分辨率帶寬呢？
當測試CW信號的頻譜時，您可能有過這樣的體會：增大RBW時，信號頻譜會“變胖”，而減小RBW時，信號頻譜會“變瘦”，爲什麼會出現這樣的情況？這樣還能準確測試信號的頻率和功率嗎？
首先明確的是，對於CW信號，只要具有足夠的信噪比，使用多大的RBW都是可以準確測試功率的，而單頻點信號的頻率測試也是不受RBW影響的。之所以在不同的RBW時具有不同的頻譜形態，是因爲看到的頻譜實際上是中頻濾波器的幅頻響應。
對於掃頻式頻譜儀，中頻是固定的，射頻的掃描測試是通過LO的不斷調諧實現的，正是由於LO的調諧才使得頻譜呈現這樣的形態。爲了更加清晰地說明這一點，下面通過圖示進行解釋。
圖1中，紫色譜線爲RF信號的位置，紅色譜線爲LO調諧的位置，而藍色譜線爲IF——頻譜儀的中頻都是固定的值。淺藍色曲線爲Gaussian filter的幅頻響應曲線，紅色的圓點表示在LO不斷調諧過程中，與RF信號混頻後產生的中頻信號的位置。
圖1. LO不斷調諧實現RF信號的掃描測試
圖1. LO不斷調諧實現RF信號的掃描測試(續)
LO調諧時，混頻後的中頻信號首先不斷靠近頻譜儀的IF，然後再逐步遠離IF，假設混頻器的變頻損耗是平坦的，這意味着LO調諧過程中產生的所有中頻信號的幅度都是相同的。但是，最終都要經過一箇中心頻率固定的中頻濾波器，因此，最終呈現出的頻譜就是這個中頻濾波器的幅頻響應曲線。
那麼前面介紹的這些內容與分辨率有什麼關係？
這是爲了更好地理解下面的內容，前面是以單音信號爲例，如果測試的是圖2所示的等幅雙音信號(綠色譜線)，頻譜將是怎樣的呢？
如果雙音信號頻間距遠遠小於中頻濾波器的帶寬，那麼頻譜儀是無法“分辨”出這兩根譜線的，而是“誤認爲”是一根譜線。當頻間距與中頻濾波器帶寬相等時，頻譜儀測得的頻譜將如圖2(中)所示，通常認爲此時爲可分辨的臨界點。如果將RBW設置得遠遠小於頻間距，則可以非常清晰的將兩個信號分辨出來，如圖2(右)所示。
圖2. 中頻濾波器的帶寬決定了頻譜儀區分雙音信號的能力
類似地，對於多音信號，只有中頻濾波器帶寬遠遠小於最小頻間距時，頻譜儀纔可以清晰地分辨出來。因此，中頻濾波器的帶寬決定了頻譜儀的頻率分辨率，這就是爲什麼將其稱爲分辨率帶寬RBW的原因。
爲了使得頻譜儀能夠更好地分辨信號，如何設置RBW呢？其實沒有一個定論，操作人員可以通過連續調整RBW的方式選擇合適的值。通常情況下，對於等幅雙音或多音信號，建議將RBW設置爲最小頻間距的1/10；對於非等幅信號，由於中頻濾波器有限的帶外選擇性，需要將RBW設置得更小。
RBW除了影響分辨率，還會影響頻譜儀哪些參數？
文章開頭提到，RBW決定了能夠通過中頻濾波器的寬帶噪聲信號的功率，這也就意味着會影響頻譜儀的底噪聲水平。如果測試的是寬帶信號，那麼同樣也會影響顯示的信號功率大小。
當降低RBW時，頻譜儀顯示的底噪聲也會隨之而降，反之，當增大RBW時，底噪聲也會隨之增大。這就好比在教室上課，而外面很嘈雜，當將門逐漸關閉時，能聽到的噪音越來越小，這是相同的道理。
如果要從理論上分析RBW對頻譜儀底噪聲的影響，那麼就要從下面的公式說起。假設在室溫下(290K)，則頻譜儀的底噪聲爲：
Noise Floor, rms = kBT0 * FSA * GSA
式中，k爲玻爾茲曼常數，B爲系統帶寬，FSA爲頻譜儀整個鏈路的等效噪聲因子，GSA爲整個鏈路的增益。通常，頻譜儀的鏈路都做了校準，因此GSA=1。
Noise Floor, rms = kBT0 * FSA
對於頻譜儀而言，系統帶寬B與RBW之間有一定的比例關係，這取決於所使用的中頻濾波器的類型，比如目前廣泛應用於頻譜儀的Gaussian濾波器，系統帶寬B與RBW基本相同。
爲了便於理解，將上式寫爲對數形式，如下：
Noise Floor, rms = -174dBm/Hz + NFSA + 10lg(RBW)
由上式可知：RBW越大，頻譜儀的底噪越高；RBW增大10倍，則底噪將擡高10dB。
所以，當測試比較微弱的信號時，就可以通過降低RBW來提高頻譜儀的測試靈敏度。
值得一提的是，當測試寬帶信號的頻譜時，比如數字調製信號或者寬帶噪聲信號，Marker顯示功率值並不是一個頻點的功率，而是RBW帶寬內的總功率。當降低RBW時，Marker顯示的功率值也會變小；同樣，增大RBW時，Marker顯示的功率值也會變大。這些變化都是正常的！
但是測試單頻點信號的功率除外，只要具有足夠的信噪比，無論RBW如何設置，Marker顯示的功率值都是不變的！
**RBW除了影響頻譜儀的底噪和頻率分辨率，對總體的掃描速度也有影響。**當RBW設置得很小時，頻譜儀的掃描速度會非常慢，這是因爲：濾波器的帶寬越小，瞬態響應時間越長，也就是需要更長的時間建立衝激響應。
如何設置RBW才能實現更好的測試效果？
具體如何設置RBW，與測試的信號特點以及測試參數都有一定的關係。需要根據RBW對頻譜儀性能的影響，以及信號自身的特點，選擇合適的RBW。下面列舉了三種典型的測試場景，並給出了相應的推薦設置。
場景一：單頻點信號的頻譜測試
如果信號功率較大，無所謂RBW如何設置。但是，當信號很微弱時，就需要適當降低RBW，以降低底噪聲，提高信噪比，比如測試雜散、高次諧波等。如果要保證一定的功率測試精度，則SNR至少要達到10dB以上。
場景二：多音信號的頻譜測試
多音信號是指具有多個頻率點的CW信號，如果各個頻點的幅度相同，則建議RBW不超過最小頻率間距的1/10，以完全分辨出各個信號。如果各個頻點的幅度不同，那麼RBW還需要設置得更小，以減少中頻濾波器的滾降特性帶來的影響。比如，測試射頻脈衝信號的線狀譜時，距離載波越遠的譜線幅度越低，RBW要遠遠小於脈重頻纔可以實現清晰的觀測。
場景三：帶寬積分法測試寬帶信號的總功率
測試寬帶信號的總功率，應用更多的是帶寬積分法，測試思路是，首先根據當前設置的RBW及對應的功率值計算出信號的功率譜密度，然後再對寬帶信號進行積分，從而得到總功率值。
有些文獻提到，採用帶寬積分法測試寬帶信號總功率時，由於中頻濾波器有限的帶外抑制度，在信號帶寬左右兩個邊界處，無法對帶外信號或噪聲進行充分抑制，因此爲了提高測試精度，建議將RBW選擇爲信號帶寬的1%~3%。當然，RBW也不適合取太小，否則測試速度會非常慢。
其實，如果只是測試寬帶信號的功率，大可不必將RBW設置得這麼小，實測表明：RBW取爲信號帶寬的1/10，甚至更大，測得的信號功率並沒有太大變化。
儘管如此，當測試諸如CDMA/WCDMA等無線通信信號的ACPR或者ACLR時，仍然建議RBW設置得小一點，這樣在測試臨道功率時，才能夠抑制較強的信道信號，從而保證測試精度！
另外，還須注意，只有選擇RMS檢波器時，測得的功率纔是真正的總功率。