一帶寬的定義

　　帶寬，英文為Bandwidth，縮寫B(tài)W。

　　功率分析儀帶寬意指功率分析儀的電壓或電流前向通道允許通過的信號(hào)的最高頻率和最低頻率之差。

　　帶寬應(yīng)該是包含上限和下限的一組數(shù)。但是，由于大部分寬頻功率分析儀的帶寬下限頻率非常低或可直接測(cè)量直流電量，因此，許多時(shí)候，功率分析儀帶寬等同于上限頻率。

　　功率分析儀帶寬上限主要受前向通道中電容、電感等儲(chǔ)能元件的影響。

　　有些電容或電感，是人為設(shè)置的，比如具有低通濾波器特性的防混疊濾波器中的電容。

　　有些電容或電感是客觀存在且不可避免的，比如說傳輸導(dǎo)線本身具有的電感，電阻元件具有的電感，導(dǎo)線與導(dǎo)線之間形成的分布電容及互感等等。

二功率分析儀帶寬相關(guān)的幾個(gè)重要指標(biāo)

01信號(hào)帶寬

　　信號(hào)采用傅里葉級(jí)數(shù)展開，含有一定比例的最高頻率成分就是信號(hào)的帶寬。

02固有帶寬

　　這里指的固有帶寬是指客觀存在不可避免的帶寬限制，主要是指受元器件及分布電容、電感的影響導(dǎo)致的帶寬限值。例如，電路中應(yīng)功能需要采用某運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器的帶寬為2MHz，那么，前向通道的帶寬必然小于或等于2MHz。

　　目前，寬頻帶功率分析儀標(biāo)稱的最高帶寬可達(dá)10MHz以上。

03數(shù)字帶寬

　　對(duì)于寬頻帶功率分析儀而言，包括時(shí)域波形顯示，時(shí)域波形分析，頻域諧波分析等大部分分析功能，都基于數(shù)字采樣技術(shù)。通過數(shù)字采樣技術(shù)，將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)域離散，幅值量化的離散時(shí)間數(shù)字信號(hào)（以下簡稱數(shù)字信號(hào)）。而幾乎所有的分析功能的分析對(duì)象都是數(shù)字信號(hào)。

　　采樣定理指出，只要離散系統(tǒng)的采樣頻率高于被采樣信號(hào)的最高頻率的兩倍，就可以真實(shí)的還原被測(cè)信號(hào)。反之，會(huì)因?yàn)轭l譜混疊而不能真實(shí)還原被測(cè)信號(hào)。

　　因此，數(shù)字帶寬等于最高采樣頻率除以2，也就是奈奎斯特頻率。

　　目前，寬頻帶功率分析儀的最高采樣頻率一般在1MHz以下，大部分進(jìn)口寬頻帶功率分析儀的采樣頻率低于固有帶寬。

04防混疊濾波器帶寬

　　采樣頻率決定了前向通道的最后帶寬，若功率分析儀帶寬上限頻率高于采樣頻率的1/2（奈奎斯特頻率），就有必要在采樣之前對(duì)信號(hào)帶寬進(jìn)行限制，將信號(hào)帶寬限制在1/2采樣頻率之內(nèi)。限制的措施通常采用低通濾波器，稱為防混疊濾波器，防混疊濾波器的截止頻率就是防混疊濾波器帶寬，某些文獻(xiàn)中也稱傅里葉頻譜帶寬。

05傳感器帶寬

　　對(duì)于高電壓、大電流信號(hào)測(cè)量，一般而言，功率分析儀需要與電壓、電流傳感器傳感器等組合構(gòu)成功率測(cè)試系統(tǒng)。

　　傳感器是功率測(cè)試系統(tǒng)的最前端，直接與被測(cè)信號(hào)相連對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行感知，其帶寬對(duì)測(cè)量的影響不言而喻。

　　寬頻功率分析儀通常用于測(cè)量變頻電量，目前，測(cè)量變頻電量的電流傳感器主要有霍爾電流傳感器、羅氏線圈和AnyWay變頻功率傳感器（電壓、電流組合式傳感器），高帶寬的霍爾電流傳感器帶寬可達(dá)100kHz以上，而羅氏線圈的帶寬可達(dá)1MHz以上，AnyWay變頻功率傳感器的電流典型帶寬為30kHz，三者均可滿足大部分變頻電量測(cè)試的帶寬需要。

　　測(cè)量變頻電量的電壓傳感器主要為霍爾電壓傳感器和AnyWay變頻功率傳感器。

　　額定電壓1kV以上的霍爾電壓傳感器的帶寬普遍低于5kHz，以LEM公司的霍爾電壓傳感器為例，目前額定電壓最高的霍爾電壓傳感器為LV200-AW/2/6400，其帶寬僅700Hz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足變頻器輸出的高諧波含量的變頻電量的測(cè)量需要。

　　AnyWay變頻功率傳感器的電壓典型帶寬為100kHz，可滿足大部分變頻電量測(cè)試的帶寬需要。

三功率分析儀有效帶寬

01寬頻帶功率分析儀的帶寬是否越寬越好？

　　帶寬以夠用為好，不一定越寬越好。
　　例如，被測(cè)信號(hào)的帶寬為10kHz，功率分析儀帶寬為10kHz～100kHz之間是比較合理的，因?yàn)檫@樣既可以滿足真實(shí)信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量，又可以濾除功率分析儀帶寬以上的干擾信號(hào)。當(dāng)然，高頻的干擾信號(hào)可以通過設(shè)置合理的防混疊濾波器或軟件濾波器進(jìn)行濾除。但是，如果干擾信號(hào)過大，在進(jìn)入濾波器之前已經(jīng)受到電路的限幅，那么，再經(jīng)過任何濾波器都不能還原真實(shí)信號(hào)了。
　　一般而言，理想的配置是前向通道所有部件及防混疊濾波器的帶寬均高于信號(hào)帶寬，但是，越接近被測(cè)信號(hào)的部件的帶寬越寬，約接近AD轉(zhuǎn)換器的帶寬越窄，因?yàn)檫@樣既可以滿足被測(cè)信號(hào)的測(cè)量，又可以最大限度避免高頻干擾的影響。

02如何識(shí)別有效帶寬？

　　傳感器帶寬，數(shù)字帶寬和防混疊濾波器帶寬中最窄的帶寬就是有效帶寬。

　　當(dāng)數(shù)字帶寬高于固有帶寬時(shí)，無需防混疊濾波器，固有帶寬就是功率分析儀最高帶寬，

　　當(dāng)數(shù)字帶寬低于固有帶寬時(shí)，若信號(hào)帶寬高于數(shù)字帶寬，需要設(shè)置合適帶寬的防混疊濾波器，防混疊濾波器與傳感器帶寬中較窄的那個(gè)就是有效帶寬。若前端無傳感器，防混疊濾波器帶寬就是有效帶寬。

　　例1：某進(jìn)口高精度功率分析儀標(biāo)稱帶寬為1MHz，最高采樣頻率為200kHz，防混疊濾波器的截止頻率為50kHz或5.5kHz。

　　該功率分析儀的奈奎斯特頻率為100kHz，低于固有帶寬，對(duì)于測(cè)試100kHz以下的信號(hào)，無需防混疊濾波器，此時(shí)的有效帶寬為100kHz。

　　若不能確保信號(hào)帶寬低于100kHz，就需要啟用防混疊濾波器，防混疊濾波器的最高帶寬為50kHz，低于奈奎斯特頻率，該功率分析儀的有效帶寬為50kHz。

　　若前端的電壓傳感器帶寬為700Hz，電流傳感器帶寬為300kHz，那么，系統(tǒng)電壓有效帶寬為700Hz，電流有效帶寬為50kHz。

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