频谱仪测的是什么？功率？功率谱密度？

频谱仪到底测的是什么？功率？功率谱密度？频谱仪的RBW和VBW又是什么？本文带你一窥究竟。

频谱仪的纵轴是什么？

我们从FMCW频谱聊起，如图1所示，FMCW的频谱是一个类似矩形的频谱（FMCW频谱详情参见博文《FMCW频谱》https://editor.csdn.net/md/?articleId=100938254），那其功率就是纵轴标出的功率值吗？

为此，笔者测量了一个自己设计的L波段的FMCW信号源[1]，工作频段从0.5GHz~2GHz，图1展示了用频谱仪的测量结果。

图1：L波段的FMCW信号源频谱

图1中我们看到频谱仪的纵轴标出了频谱的数值为-84dBm，那么这个信号源的输出功率会这么低吗？数据手册上写的是输出功率为-13dBm [1]，怎么会差这么多呢？可见纵轴的数值并不是真正的输出功率。

继续讨论纵轴测出的是什么测量量之前，我们讨论一下频谱仪的结构，频谱仪实际上是一个高端的射频接收机（实际上频谱仪的结构远不只图2所示的一级混频这么简单，但基本原理如此。），结构如图2所示。

图2：简化版频谱仪结构
我们看到其中有一个黄色的滤波器，我们调节频谱仪的RBW的时候，就是在调节这个滤波器的带宽，只有在这个滤波器带宽内的信号功率才能被频谱仪接收到，不在带宽内的信号被滤波器滤掉了。

可见频谱仪测量的既不是该频率点的功率值，也不是功率谱密度，而是在这个RBW内，接收到的功率。比如图1 中的滤波器带宽是100Hz，显示的数值是-84dBm，表示这个-84dBm的功率是在100Hz带宽内频谱仪接收到的功率，由此可以计算出功率谱密度：
-84dBm - 10log（1.2$\times$RBW）=-104.8dBm/Hz=3.32e${}^{-11}$mW/Hz
这个滤波器的带宽叫做“分辨率带宽”，就是上式中的RBW。
输出功率=功率谱密度$\times$带宽
Pout=3.32e${}^{-11}$mW/Hz $\times$ 1.5GHz=0.05mW=-13dBm，与数据手册的数值一致。

如何选择RBW的大小?

我们可以做个实验验证上面的计算，将RBW的数值调大至1MHz，甚至10MHz，可以发现纵轴的数值变大很多，到了负十几dBm左右。那么如何选择RBW的大小呢？

一般来说，如果是单频率的测试，为了看其功率大小，我们采用大的RBW，这样就不用像上面那样进行换算了。如果是想测量相位噪声或者想看FMCW这样的频谱，就需要换成小的RBW。如果在测量FMCW信号时使用大带宽会看到什么呢，留给大家思考，测试一下吧:)

作者：潇洒的电磁波（专业：射频芯片设计、雷达系统。爱好：嵌入式。欢迎大家项目合作交流。）
微信：GuoFengDianZi

引用：
[1]:https://item.taobao.com/item.htm?spm=a2oq0.12575281.0.0.6ba01debZLswh2&ft=t&id=596037468670