频谱分析仪使用过程中如何选择最好的分辨率带宽(RBW)?

一、RBW的含义
分辨率带宽（RBW，Resolution Bandwidth）是频谱分析仪的核心技术参数，用来衡量仪器分离出两个正弦输入信号的能力。中频滤波器决定了分辨率带宽RBW，频谱仪带宽按照-3dB定义，EMI接收机按照-6dB带宽定义。这种带宽定义方法按照图所示。在中频滤波器频响曲线上，参考中心频点的最高值的两侧幅值下降3dB对应的频率宽度就是-3dB带宽，同理，两侧幅值下降6dB对应的频率宽度就是-6dB带宽。

二、RBW的影响
1、RBW决定了频率分辨力。简单来说，RBW 越小，频率分辨率越高，越容易把靠得很近的信号分开。下图是两个幅度相同的正弦载波的频谱，减小RBW后，两个信号可以被明确的分辨开。

下图中相邻信号的电平有明显不同，小电平信号在较大RBW下不会显露出来。但是通过减小RBW后，小信号可以显露出来。

2、RBW影响信噪比。噪声功率等于对RBW内噪声功率谱密度的积分。RBW值减小，频谱仪的底噪越低。在测试比较微弱的信号时，可以通过降低RBW来提高频谱仪的测试灵敏度。

3、RBW影响测试速度。当RBW设置越小，频谱仪的扫描速度会越慢，这是因为：滤波器的带宽越小，瞬态响应时间越长，也就是需要更长的时间建立冲激响应。

三、RBW的设置原则
在频谱仪的实际操作中，“最好”的RBW并不存在固定值，而是在测量速度、信噪比和测量目标准确性之间取得最佳折中。
当测量单音信号时，如果信号功率较大，无所谓RBW如何设置。但是如果信号功率很小，就需要减小RBW，降低底噪，提高信噪比，以免小信号淹没在噪声里。测试杂散、高次谐波等微弱信号时同理。
当存在等幅多音信号且它们之间靠得很近时，需要较小的RBW以提高分辨率，一般将RBW设置为最小频间距的1/10。另外，对于非等幅信号，即一个大信号旁边存在一个小信号时，由于中频滤波器有限的带外选择性，需要使用小RBW，以便将小信号从大信号的“裙边”（带内噪声）中分离出来。
测量占用带宽时，RBW应显著小于信号的占用带宽（例如，小于占用带宽的1%～10%）。这样RBW滤波器对频谱形状的影响才可以忽略不计。实际操作中，可以采用以下方法：（1）先使用较大的RBW找到信号并初步估计其带宽；（2）然后逐步减小RBW，观察显示的频谱形状和占用带宽值是否趋于稳定；（3）当继续减小RBW而测量结果不再显著变化时，即可认为RBW足够小。
当然，RBW设置越小分辨率越高，测试更加准确，但会降低测试速度，提高测试时间。扫描时间与BRW之间的关系如下：
Sweep Time = k · (SPAN / RBW²)
Sweep Time是一次扫频所需时间，单位为s。k是与滤波器形状因子、检波方式、允许的信噪比、是否数字 FFT 模式等有关的常数，典型值在 1～3 之间（老式模拟高斯滤波器常取 2～2.5；现代 FFT 模式可把 k 降到 0.1 量级）。SPAN是扫宽（单位 Hz）。RBW单位为Hz。
因此RBW不是设置的越小越好，需要在能够承受测量时间的情况下尽量减小RBW，在灵敏度和速度之间找到黄金平衡点，既保证信号测量的准确性，又能获得较快的测量速度。如果信号带宽较小，为了能设置更小的RBW，通常可以减小SPAN，能够在较大分辨率情况下同时能够减小扫描时间。当然，如果对频率分辨率要求不高时，使用大RBW可以大大提高测量速度。

审核编辑 黄宇