《頻域測量pa》PPT課件

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1、第八章part28.3頻譜分析儀的概述8.3.1信號的時域與頻域分析信號的時域和頻域特性在數(shù)學(xué)上可表示為一對傅里葉變換關(guān)系：圖8.25時域與頻域觀測之間的關(guān)系（8.11）（8.12）示波器和頻譜儀是從不同角度觀測同一個電信號，各有不同的特點。示波器從時域上容易區(qū)分電信號的相位關(guān)系，如圖8.26中(a)是基波與二次諧波起始峰值對齊的合成波形（線性相加）；(b)是基波與二次諧波起始相位相同合成的波形，兩者合成波形相差很大，在示波器上可以明顯地看出來。而在頻譜儀上仍是兩個頻率分量，看不出差異。但是，如果合成電路（如放大器）有非線性失真，即基波和二次諧波信號不

2、能線性相加，兩者則有交互作用，像混頻器一樣會產(chǎn)生新的頻率分量，這在示波器上難以覺察到，而在頻譜儀上則會明顯看到由于非線性失真帶來的新的頻譜分量?？梢?，示波器和頻譜儀有各自的特點，并起到互為補(bǔ)充的作用。圖8.26不同相位合成的波形(a)(b)某些在時域較復(fù)雜的波形，在頻域的顯示可能較為簡單。8.3.2頻譜儀的主要用途現(xiàn)代頻譜儀有著極寬的測量范圍，觀測信號頻率可高達(dá)幾十GHz，幅度跨度超過140dB。故使頻譜儀有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用場合，以至被稱為射頻萬用表，成為一種基本的測量工具。目前，頻譜儀的主要應(yīng)用于如下一些方面：1.正弦信號的頻譜純度2.調(diào)制信號的頻譜

3、3.非正弦波（如脈沖信號、音頻、視頻信號）的頻譜4.通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)質(zhì)量5.激勵源響應(yīng)的測量6.放大器的性能測試7.噪聲頻譜的分析8.電磁干擾的測量頻譜分析儀的基本原理頻譜分析儀是使用不同方法在頻域內(nèi)對信號的電壓、功率、頻率等參數(shù)進(jìn)行測量并顯示的儀器。一般有FFT分析（實時分析）法、非實時分析法兩種實現(xiàn)方法。FFT分析法：在特定時段中對時域數(shù)字信號進(jìn)行FFT變換，得到頻域信息并獲取相對于頻率的幅度、相位信息?？沙浞掷脭?shù)字技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，非常適于非周期信號和持續(xù)時間很短的瞬態(tài)信號的頻譜測量。非實時分析法在任意瞬間只有一個頻率成分能被測量，無法得到相位

4、信息。適用于連續(xù)信號和周期信號的頻譜測量。掃頻式分析：使分析濾波器的頻率響應(yīng)在頻率軸上掃描。差頻式分析（外差式分析）：利用超外差接收機(jī)的原理，將頻率可變的掃頻信號與被分析信號進(jìn)行差頻，再對所得的固定頻率信號進(jìn)行測量分析，由此依次獲得被測信號不同頻率成分的幅度信息。這是頻譜儀最常采用的方法。頻譜分析儀的分類模擬式頻譜儀與數(shù)字式頻譜儀模擬式頻譜儀：以掃描式為基礎(chǔ)構(gòu)成，采用濾波器或混頻器將被分析信號中各頻率分量逐一分離。所有早期的頻譜儀幾乎都屬于模擬濾波式或超外差結(jié)構(gòu)，并被沿用至今數(shù)字式頻譜儀：非掃描式，以數(shù)字濾波器或FFT變換為基礎(chǔ)構(gòu)成。精度高、性能靈活，

5、但受到數(shù)字系統(tǒng)工作頻率的限制。目前單純的數(shù)字式頻譜儀一般用于低頻段的實時分析，尚達(dá)不到寬頻帶高精度頻譜分析頻譜分析儀的分類實時頻譜儀和非實時頻譜儀實時分析應(yīng)達(dá)到的速度與被分析信號的帶寬及所要求的頻率分辨率有關(guān)。一般認(rèn)為，實時分析是指在長度為T的時段內(nèi)，完成頻率分辨率達(dá)到1/T的譜分析；或者待分析信號的帶寬小于儀器能夠同時分析的最大帶寬。在一定頻率范圍數(shù)據(jù)分析速度與數(shù)據(jù)采集速度相匹配，不發(fā)生積壓現(xiàn)象，這樣的分析就是實時的；如果待分析的信號帶寬超過這個頻率范圍，則是非實時分析。8.3.3頻譜儀的分類模擬式實時----并行濾波法順序濾波法非實時可調(diào)濾波法掃頻

6、外差法數(shù)字式數(shù)字濾波法快速傅里葉變換（FFT）計算法濾波式頻譜分析儀原理及分類基本原理：先用帶通濾波器選出待分析信號，然后用檢波器將該頻率分量變?yōu)橹绷餍盘?，再送到顯示器將直流信號的幅度顯示出來。為顯示輸入信號的各頻率分量，帶通濾波器的中心頻率是多個或可變的。檔級濾波式頻譜儀（順序濾波式)并行濾波式頻譜儀掃頻濾波式頻譜儀數(shù)字濾波式頻譜儀檔級濾波式頻譜儀也叫順序濾波頻譜儀，由多個通帶互相銜接的帶通濾波器和共用檢波器構(gòu)成。用多個頻率固定且相鄰的窄帶帶通濾波器陣列來區(qū)分被測信號的各種頻率成分，因此得以全面記錄被測信號。這種方法簡單易行，但在頻帶較寬或較高頻段的

7、情況下需要大量濾波器，儀器體積過大；由于通帶窄，分辨力和靈敏度都不是很高。一般用于低頻段的音頻測試等場合。并行濾波式頻譜儀與檔級濾波式的區(qū)別在于每個濾波器之后都有各自的檢波器，無需電子開關(guān)切換及檢波建立時間，因此速度快，能夠滿足實時分析的需要。但是可顯示的頻譜分量數(shù)目取決于濾波器的數(shù)目，所以需要大量的濾波器。掃頻濾波式頻譜儀實質(zhì)是一個中心頻率在整個寬帶頻率范圍內(nèi)可調(diào)諧的窄帶濾波器。當(dāng)它的諧振頻率改變時，濾波器就分離出特定的頻率分量。掃頻濾波式頻譜儀與檔級濾波式一樣，是一種非實時頻譜測量。結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。缺點是電調(diào)諧濾波器損耗大、調(diào)諧范圍窄、頻率特性

8、不均勻、分辨率差，目前這種方法只適用于窄帶頻譜分析。8.3.4頻譜儀的工作原理1.模擬式頻譜儀