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頻譜儀RBW帶寬及其等效噪聲帶寬詳解

更新更新時(shí)間:2025-12-15

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頻譜儀分辨率帶寬RBW是-3dB帶寬,是頻譜儀的頻率分辨率;等效噪聲帶寬是等效理想矩形濾波器的帶寬,噪聲功率對(duì)應(yīng)等效噪聲帶寬。在使用頻譜儀測(cè)試噪聲信號(hào)時(shí),需要計(jì)算RBW與等效噪聲帶寬的修正系數(shù),從而獲得真實(shí)噪聲功率讀數(shù)。本文詳細(xì)推導(dǎo)濾波器的傳遞函數(shù),分析等效噪聲帶寬和形狀因子。

頻譜儀RBW的帶寬計(jì)算頻譜儀的RBW是高斯型帶通濾波器,其幅頻響應(yīng)為高斯函數(shù)形式:

頻譜儀RBW帶寬及其等效噪聲帶寬詳解

幅度的平方(功率響應(yīng))傳遞函數(shù):

頻譜儀RBW帶寬及其等效噪聲帶寬詳解

其中:

H0是常數(shù),代表最大增益

σ是濾波器帶寬參數(shù),是幅頻響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差

f是頻率,f0是濾波器中心頻率

RBW -3dB帶寬定義為信號(hào)功率衰減到最大值一半時(shí)的頻率范圍。由于功率與幅度平方成正比,最大功率位于f = f0,當(dāng)功率降為1/2時(shí):


頻譜儀RBW帶寬及其等效噪聲帶寬詳解


幅度歸一化H0=1,


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得到
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因此RBW -3dB帶寬
頻譜儀RBW帶寬及其等效噪聲帶寬詳解

濾波器的等效噪聲帶寬,是等效理想矩形濾波器的帶寬,噪聲功率對(duì)應(yīng)等效噪聲帶寬。等效噪聲帶寬ENBW:

頻譜儀RBW帶寬及其等效噪聲帶寬詳解

高斯濾波器等效噪聲帶寬系數(shù)ENBW/B3dB:

頻譜儀RBW帶寬及其等效噪聲帶寬詳解

頻譜儀RBW濾波器的形狀因子

形狀因子SF=B60dB/B3dB,B60dB的計(jì)算與B3dB一致:
頻譜儀RBW帶寬及其等效噪聲帶寬詳解

頻譜儀參考文獻(xiàn)中的等效噪聲帶寬差異

計(jì)算等效帶寬的意義,是獲得真實(shí)的噪聲功率。噪聲功率Pn=kTB,帶寬B=Bn=ENBW,是等效噪聲帶寬。實(shí)際濾波器帶內(nèi)起伏和帶外滾降,導(dǎo)致其積分面積增大,濾波器-3dB帶寬等效噪聲帶寬小于等效噪聲帶寬。

問:為什么頻譜儀參考文獻(xiàn)中給出等效噪聲帶寬系數(shù)是1.2而不是1.0649計(jì)算值?

答:這是因?yàn)闅v史()上頻譜儀中頻濾波器是模擬濾波器,而且為保證濾波器帶內(nèi)紋波和帶外抑制,是多級(jí)級(jí)聯(lián)濾波器的方案,通用的設(shè)計(jì)方案是:等效噪聲帶寬系數(shù)ENBW/B3dB調(diào)測(cè)校準(zhǔn)值約1.2,B60dB/B3dB形狀因子約8:1。

現(xiàn)代頻譜儀的RBW濾波器不再保留模擬中頻濾波器(雖然沒有必要,也有某些型號(hào)頻譜儀用級(jí)聯(lián)數(shù)字濾波器繼承模擬濾波器的參數(shù)),通常統(tǒng)一采用數(shù)字中頻濾波器,是標(biāo)準(zhǔn)的高斯濾波器,保證1.0649的等效噪聲帶寬系數(shù)以及4.46的形狀因子:

ENBW/B3dB≈1.0649

SF = B60dB/B3dB≈4.46

現(xiàn)代頻譜儀的噪聲測(cè)試功能,噪聲功率測(cè)試值通常自動(dòng)修正等效噪聲帶寬,無需再次人工修正。


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