RBW 調低讓低功率訊號浮出水面-觀察小訊號的好方法

用頻譜看大功率訊號基本上都沒有太大問題,但如果觀察的對象是小功率訊號,那問題就來了! 因為小功率訊號通常很容易被雜訊淹沒,這時候就需要調整Resolution Bandwidth(RBW)來讓基準雜訊降低,我們來看個實例吧。

RBW = 3MHz

先來看下面這張圖,Res BW設定為3MHz,你有看出什麼異狀嗎? 我想大家應該都只看到一個帽子形狀的軌跡而已,其實在軌跡下方有個很小的訊號被Noise floor蓋住了,這個小訊號功率大約-80dBm,因為下圖的Noise floor功率比它大,因此無法發現這個小訊號的存在。

你可能會問那我是怎麼知道有這個訊號存在? 一開始我當然不知道有這個訊號,只是今天在使用頻譜的過程中剛好發現它,想說機會難得可以拿來當範例,所以其實我是事後諸葛。

過高的noise floor讓你看不到下面有unknow signal
過高的noise floor讓你看不到下面有unknow signal

RBW = 100K

這裏我們先來複習一下,解析頻寬(RBW)的概念。頻譜軌跡點的高度代表每個RBW內的能量,但是別忘囉! 下圖中的RBW棒子在實際上是彼此重疊的,因此把RBW乘上軌跡點數並不會等於Span的頻寬。

RBW 裡面的能量就是頻譜中的最小頻率切割
RBW 裡面的能量就是頻譜中的最小頻率切割

若RBW越小,棒子數量就越多,頻譜就需要花更多時間完成掃描。而RBW變小會導致在頻寬內所累積的能量也變小,因此整個軌跡會往下移動,但彼此的相對位置不變。我實際做個實驗你就知道了(如下圖),上方的軌跡是剛才的3.0MHz,下方是100KHz,所以兩者的能量相差30倍,換算成dB就如下圖所示大約是下降14.8dB。

RBW 變小 noise floor 會降低, 但 noise 變動會加大
RBW 變小 noise floor 會降低, 但 noise 變動會加大

小訊號浮出來了

軌跡下降後,不知您是否有看出什麼端倪? 在帽子的右方,那個不知名的Unknown signal浮出來了,所以若要看小功率的訊號,要用小一點的RBW,只不過若調得太小掃描時間(sweep time)會變得很長,甚至會超過10秒。

浮出 noise floor 的 unknown signal
浮出 noise floor 的 unknown signal

各種 RBW 的影響

為了觀察各種RBW設定對頻譜軌跡的影響,我將訊號移除只剩下Noise floor,並且利用各種不同的RBW去觀察Noise floor的Level,你會發現幾個現象

  • RBW越小,Noise floor越低
    因為頻寬變小,累積的能量就小。
  • RBW越小,受Noise影響越高
    由於雜訊(環境+儀器)是固定的,累積的頻寬越窄,雜訊平均的效果就越低。

所以若要觀察很小的訊號,記得要把RBW設窄一些,只要sweep time還能接受,這樣的設定就能用。

各種 RBW 呈現的頻譜軌跡
各種 RBW 呈現的頻譜軌跡

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1 Comment

  1. 在查spectrum資料時,無意間發現這個網站
    對於電機工程人員來說,這地方根本是寶庫啊!!!
    謝謝大大在網路上的分享

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