【實作實驗室】觀察小訊號的大撇步 — 調低RBW

作者:實作派

用頻譜看大功率訊號基本上沒有太大問題,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,而這時候就需要調整 Resolution Bandwidth(RBW)來讓基準雜訊降低,我們來看個實例吧!

RBW = 3MHz

看看下面這張圖,Res BW 設定為 3 MHz,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,但其實在軌跡下方有個很小的訊號被 眼蓋住了,這個小訊號功率大約 -80 dBm 左右,只是因為下面的 Noise Floor 功率比它大,讓我們忽略這個小訊號的存在。

你可能會問我是怎麼知道有這個訊號存在的? 起初我當然也不知道有這個訊號,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作範例。

過高的 Noise Floor 讓你看不到下面有 Unknown Signal(圖片來源:實作派提供)

RBW = 100K

這邊我們來複習一下,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 的能量就是頻譜中的最小頻率切割(圖片來源:實作派提供)

如果 RBW 越小,棒子數量就會越多,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會比較清楚(如下圖),上方的軌跡是剛才的 3.0 MHz,下方的是 100 KHz,所以兩者的能量相差 30 倍,換算成 dB 大約是下降 14.8 dB。

RBW 變小 Noise Floor 會降低,但 noise 變動會加大(圖片來源:實作派提供)

小訊號浮出來了

軌跡下降後,不知道您是否有看出什麼端倪呢?在帽子的右方,那個不知名的 Unknown Signal 浮出來了,所以如果要看小功率的訊號,就要用小一點的 RBW,只不過如果調得太小,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(圖片來源:實作派提供)

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 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(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)

因此如果要觀察很小的訊號,記得將 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(圖片來源:實作派提供)

(本文經同意轉載自實作派電子實驗室原文連結;責任編輯:賴佩萱)

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Author: StrongPiLab

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