什么是VBW？为什么降低VBW不会降低频谱仪的底噪

开始研习频谱仪原理的时候，曾经有过这样的疑惑“为什么降低VBW不会降低底噪”。其实能否想清楚这个问题并不会影响使用频谱仪，大家只要记住“降低VBW可以平滑迹线”这样的结论即可。但是本着“知其然，知其所以然”的原则，作者还是深入思考了这个问题，有些心得体会。俗话说，好记性不如烂笔头，这里还是写下来，以便日后翻阅。

什么是VBW？什么是Video filter？Video filter处于频谱仪中哪个位置，其滤波对象是什么？

搞清楚这三个问题，基本就明白了其中的原委。

VBW是video bandwidth的缩写，是指video filter的3dB带宽。传统的频谱仪采用的是模拟IF处理技术，RF输入信号经下变频至末级IF，经过RBW filter之后，再采用包络检波器直接提取IF信号包络。包络信号一般频率很低，所以通常称为视频信号。Video filter为低通滤波器(LPF)，位于包络检波器之后，专门对包络信号作滤波处理，图1给出了传统频谱仪的架构示意图。

图1 传统频谱仪架构

在不改变RBW的情况下，降低VBW对频谱测试有什么影响呢？

假如频谱仪端接50 Ohm负载，当前频谱仪显示的是自身的底噪声，video filter位于包络检波器之后，滤波的对象是底噪声的包络信号，包络信号并不具有噪声那么大的带宽，而是带宽很小的视频信号。

此外，宽带噪声的包络信号的幅度起伏也没有噪声幅度起伏那么大。这意味着单纯地看该包络信号的频谱是非常平坦的，属于类白噪声功率谱。但是，宽带噪声无处不在，即使包络信号也不能幸免。当降低VBW时，会滤除部分叠加在包络信号上的宽带噪声，所以底噪迹线越来越平滑。通常不会将VBW设置得太小，当VBW大于包络信号带宽时，并没有滤除包络信号，所以显示的底噪声基本不变。

图2 频谱仪底噪声IF频谱(左图，取决于RBW)及包络信号频谱(右图)

那么，是不是任意降低VBW，都不会降低频谱仪底噪声呢？

其实这么讲是不合理的，因为宽带噪声的包络信号有一定的带宽，如果VBW小于包络信号的带宽，则显示的底噪声势必会降低。

与传统频谱仪不同，现代频谱仪采用数字IF处理技术，末级IF直接经过ADC采样，然后经过数字下变频得到数字IQ信号。采用数字IF处理的好处在于，可以保留信号的相位信息，从而可以作信号解调分析，这是模拟IF处理所不及的。

对数字I和Q信号取均方根值，即为信号的包络，然后再经过video filter滤波处理，虽然为数字滤波器，但是其作用是与传统频谱仪的video filter类似的，此处不再赘述。

图3 数字IF处理技术架构示意图

结论：通常所说的“降低VBW只会平滑迹线而不会降低底噪”是有条件的，只有在VBW大于宽带噪声的包络信号带宽时，这才是成立的。

那么测试频谱时，应该怎样设置VBW呢？

信号类型不同，VBW的设置也是不同的。

对于CW信号，因其包络信号就是DC，所以任意降低VBW都不会影响信号电平测试。需要说明的是，较低的VBW虽然可以平滑迹线，改善测试精度，但是会造成测试速度的降低。

图4 降低VBW平滑了测试结果

对于射频脉冲信号，由于其包络为基带脉冲信号，具有很宽的频谱，所以为了保证测试精度，VBW不能设置得低于RBW，建议VBW=10*RBW。

对于宽带噪声或者类噪声信号，比如宽带数字调制信号，为了保证电平测试精度，一般建议VBW=0.1*RBW。