频域测量(part2).ppt
- 文档编号:2650374
- 上传时间:2022-11-05
- 格式:PPT
- 页数:45
- 大小:687KB
频域测量(part2).ppt
《频域测量(part2).ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《频域测量(part2).ppt(45页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
第八章part28.3频谱分析仪的概述频谱分析仪的概述8.3.1信号的时域与频域分析信号的时域与频域分析信号的时域和频域特性在数学上可表示为一对傅里叶变换关系:
信号的时域和频域特性在数学上可表示为一对傅里叶变换关系:
图图8.258.25时域与频域观测之间的关系时域与频域观测之间的关系(8.11)(8.12)示波器和频谱仪是从不同角度观测同一个电信号,各有不同的示波器和频谱仪是从不同角度观测同一个电信号,各有不同的特点。
特点。
示波器从时域上容易区分电信号的相位关系示波器从时域上容易区分电信号的相位关系,如图,如图8.26中中(a)是基波与二次谐波起始峰值对齐的合成波形(线性相加);是基波与二次谐波起始峰值对齐的合成波形(线性相加);(b)是基波与二次谐波起始相位相同合成的波形,两者合成波形是基波与二次谐波起始相位相同合成的波形,两者合成波形相差很大,在示波器上可以明显地看出来。
而在频谱仪上仍是相差很大,在示波器上可以明显地看出来。
而在频谱仪上仍是两个频率分量,看不出差异。
但是,如果合成电路(如放大器)两个频率分量,看不出差异。
但是,如果合成电路(如放大器)有非线性失真,即基波和二次谐波信号不能线性相加,两者则有非线性失真,即基波和二次谐波信号不能线性相加,两者则有交互作用,像混频器一样会产生新的频率分量,这在示波器有交互作用,像混频器一样会产生新的频率分量,这在示波器上难以觉察到,而在上难以觉察到,而在频谱仪上则会明显看到由于非线性失真带频谱仪上则会明显看到由于非线性失真带来的新的频谱分量来的新的频谱分量。
可见,示波器和频谱仪有各自的特点,并。
可见,示波器和频谱仪有各自的特点,并起到互为补充的作用。
起到互为补充的作用。
图图8.268.26不同相位合成的波形不同相位合成的波形(a)(b)某些在时域较复杂的波形,在频域的显示可能较为简单。
8.3.2频谱仪的主要用途频谱仪的主要用途现代频谱仪有着极宽的测量范围,观测信号频率可高达几十现代频谱仪有着极宽的测量范围,观测信号频率可高达几十GHz,幅度跨度超过,幅度跨度超过140dB。
故使频谱仪有着相当广泛的应用场合,以至被称为故使频谱仪有着相当广泛的应用场合,以至被称为射频万用表射频万用表,成为一种基本的测量工具。
目前,频谱仪的主要应用于如下一成为一种基本的测量工具。
目前,频谱仪的主要应用于如下一些方面:
些方面:
1.正弦信号的频谱纯度正弦信号的频谱纯度2.调制信号的频谱调制信号的频谱3.非正弦波(如脉冲信号、音频、视频信号)的频谱非正弦波(如脉冲信号、音频、视频信号)的频谱4.通信系统的发射机质量通信系统的发射机质量5.激励源响应的测量激励源响应的测量6.放大器的性能测试放大器的性能测试7.噪声频谱的分析噪声频谱的分析8.电磁干扰的测量电磁干扰的测量频谱分析仪的基本原理频谱分析仪是使用不同方法在频域内对信号的电压、功率、频率等参数进行测量并显示的仪器。
一般有FFT分析(实时分析)法、非实时分析法两种实现方法。
FFT分析法:
在特定时段中对时域数字信号进行FFT变换,得到频域信息并获取相对于频率的幅度、相位信息。
可充分利用数字技术和计算机技术,非常适于非周期信号和持续时间很短的瞬态信号的频谱测量。
非实时分析法在任意瞬间只有一个频率成分能被测量,无法得到相位信息。
适用于连续信号和周期信号的频谱测量。
扫频式分析:
使分析滤波器的频率响应在频率轴上扫描。
差频式分析(外差式分析):
利用超外差接收机的原理,将频率可变的扫频信号与被分析信号进行差频,再对所得的固定频率信号进行测量分析,由此依次获得被测信号不同频率成分的幅度信息。
这是频谱仪最常采用的方法。
频谱分析仪的分类模拟式频谱仪与数字式频谱仪模模模模拟拟拟拟式式式式频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪:
以以以以扫扫扫扫描描描描式式式式为为为为基基基基础础础础构构构构成成成成,采采采采用用用用滤滤滤滤波波波波器器器器或或或或混混混混频频频频器器器器将将将将被被被被分分分分析析析析信信信信号号号号中中中中各各各各频频频频率率率率分分分分量量量量逐逐逐逐一一一一分分分分离离离离。
所所所所有有有有早早早早期期期期的的的的频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪几几几几乎乎乎乎都都都都属属属属于于于于模模模模拟拟拟拟滤滤滤滤波波波波式式式式或或或或超超超超外外外外差差差差结结结结构构构构,并并并并被被被被沿沿沿沿用至今用至今用至今用至今数数数数字字字字式式式式频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪:
非非非非扫扫扫扫描描描描式式式式,以以以以数数数数字字字字滤滤滤滤波波波波器器器器或或或或FFTFFT变变变变换换换换为为为为基基基基础础础础构构构构成成成成。
精精精精度度度度高高高高、性性性性能能能能灵灵灵灵活活活活,但但但但受受受受到到到到数数数数字字字字系系系系统统统统工工工工作作作作频频频频率率率率的的的的限限限限制制制制。
目目目目前前前前单单单单纯纯纯纯的的的的数数数数字字字字式式式式频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪一一一一般般般般用用用用于于于于低低低低频频频频段段段段的的的的实实实实时时时时分分分分析析析析,尚尚尚尚达达达达不不不不到到到到宽宽宽宽频频频频带带带带高高高高精精精精度频谱分析度频谱分析度频谱分析度频谱分析频谱分析仪的分类实时频谱仪和非实时频谱仪实时分析应达到的速度与被分析信号的带宽及所要求的频率分辨率有关。
一般认为,实时分析是指在长度为T的时段内,完成频率分辨率达到1/T的谱分析;或者待分析信号的带宽小于仪器能够同时分析的最大带宽。
在一定频率范围数据分析速度与数据采集速度相匹配,不发生积压现象,这样的分析就是实时的;如果待分析的信号带宽超过这个频率范围,则是非实时分析。
8.3.3频谱仪的分类频谱仪的分类模拟式模拟式实时实时-并行滤波法并行滤波法顺序滤波法顺序滤波法非实时非实时可调滤波法可调滤波法扫频外差法扫频外差法数字式数字式数字滤波法数字滤波法快速傅里叶变换(快速傅里叶变换(FFTFFT)计算法)计算法滤波式频谱分析仪原理及分类基本原理:
先用带通滤波器选出待分析信号,然后用检波器将该频率分量变为直流信号,再送到显示器将直流信号的幅度显示出来。
为显示输入信号的各频率分量,带通滤波器的中心频率是多个或可变的。
档级滤波式频谱仪(顺序滤波式)并行滤波式频谱仪扫频滤波式频谱仪数字滤波式频谱仪档级滤波式频谱仪也叫顺序滤波频谱仪,由多个通带互相衔接的带通滤波器和共用检波器构成。
用多个频率固定且相邻的窄带带通滤波器阵列来区分被测信号的各种频率成分,因此得以全面记录被测信号。
这这这这种种种种方方方方法法法法简简简简单单单单易易易易行行行行,但但但但在在在在频频频频带带带带较较较较宽宽宽宽或或或或较较较较高高高高频频频频段段段段的的的的情情情情况况况况下下下下需需需需要要要要大大大大量量量量滤滤滤滤波波波波器器器器,仪仪仪仪器器器器体体体体积积积积过过过过大大大大;由由由由于于于于通通通通带带带带窄窄窄窄,分分分分辨辨辨辨力力力力和和和和灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度都都都都不不不不是是是是很很很很高高高高。
一一一一般般般般用用用用于于于于低低低低频频频频段段段段的的的的音音音音频频频频测试等场合测试等场合测试等场合测试等场合。
并行滤波式频谱仪与档级滤波式的区别在于每个滤波器之后都有各自的检波器,无需电子开关切换及检波建立时间,因此速度快,能够满足实时分析的需要。
但是可显示的频谱分量数目取决于滤波器的数目,所以需要大量的滤波器。
扫频滤波式频谱仪实质是一个中心频率在整个宽带频率范围内可调谐的窄带滤波器。
当它的谐振频率改变时,滤波器就分离出特定的频率分量。
扫扫扫扫频频频频滤滤滤滤波波波波式式式式频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪与与与与档档档档级级级级滤滤滤滤波波波波式式式式一一一一样样样样,是是是是一一一一种种种种非非非非实实实实时时时时频频频频谱谱谱谱测测测测量量量量。
结结结结构构构构简简简简单单单单,价价价价格格格格低低低低廉廉廉廉。
缺缺缺缺点点点点是是是是电电电电调调调调谐谐谐谐滤滤滤滤波波波波器器器器损损损损耗耗耗耗大大大大、调调调调谐谐谐谐范范范范围围围围窄窄窄窄、频频频频率率率率特特特特性性性性不不不不均均均均匀匀匀匀、分辨率差,目前这种方法只适用于窄带频谱分析。
分辨率差,目前这种方法只适用于窄带频谱分析。
分辨率差,目前这种方法只适用于窄带频谱分析。
分辨率差,目前这种方法只适用于窄带频谱分析。
8.3.4频谱仪的工作原理频谱仪的工作原理1.模拟式频谱仪模拟式频谱仪思路思路:
设计频谱仪设计频谱仪f0f0+Fff0+Ffff移动滤波器移动滤波器滤波器不动滤波器不动上面移动频谱上面移动频谱方案一:
并联滤波法方案一:
并联滤波法方案二:
移动滤波法方案二:
移动滤波法方案三:
扫频外差法方案三:
扫频外差法逆向思维设计思想成功的典范逆向思维设计思想成功的典范:
改变滤波器来找频谱是以改变滤波器来找频谱是以百变对应万变百变对应万变,难度自然大,而,难度自然大,而扫频扫频外差法外差法是将频谱逐个移进不变的滤波器是以是将频谱逐个移进不变的滤波器是以不变对应万变不变对应万变。
电路:
电路:
图图8.278.27并行滤波频谱仪方案并行滤波频谱仪方案图图8.288.28顺序滤波频谱仪方案顺序滤波频谱仪方案图图8.298.29可调滤波频谱仪方案可调滤波频谱仪方案图图8.308.30外差法频谱仪方案外差法频谱仪方案数字滤波式频谱仪数数数数字字字字滤滤滤滤波波波波式式式式频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪在在在在现现现现代代代代频频频频谱谱谱谱分分分分析析析析仪仪仪仪中中中中占占占占有有有有重重重重要要要要地地地地位位位位。
数数数数字字字字滤滤滤滤波波波波器器器器的的的的形形形形状状状状因因因因子子子子较较较较小小小小,因因因因而而而而提提提提高高高高了了了了频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪的的的的频频频频率率率率分分分分辨辨辨辨率率率率;具具具具有有有有数数数数字字字字信信信信号号号号处处处处理理理理的的的的高高高高精精精精度度度度、高高高高稳稳稳稳定定定定性性性性、可可可可重重重重复复复复性性性性和和和和可可可可编编编编程程程程性等普遍优点。
性等普遍优点。
性等普遍优点。
性等普遍优点。
利利利利用用用用数数数数字字字字滤滤滤滤波波波波器器器器可可可可以以以以实实实实现现现现频频频频分分分分或或或或时时时时分分分分复复复复用用用用,因因因因此此此此仅仅仅仅用用用用一一一一个个个个数数数数字字字字滤滤滤滤波波波波器器器器就就就就可可可可以以以以实实实实现现现现与与与与并并并并行行行行滤滤滤滤波波波波式式式式等等等等效效效效的的的的实实实实时时时时频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪。
用用用用单单单单个个个个数数数数字字字字滤滤滤滤波波波波器器器器代代代代替替替替多多多多个个个个模模模模拟拟拟拟滤滤滤滤波波波波器器器器之之之之后后后后,滤滤滤滤波波波波器器器器的的的的中中中中心心心心频频频频率率率率由由由由时时时时基基基基电电电电路路路路控控控控制制制制使使使使之之之之顺顺顺顺序序序序改改改改变。
变。
变。
变。
2.数字式频谱仪数字式频谱仪数字滤波法:
是仿照模拟频谱仪,用数字滤波器代替模拟滤数字滤波法:
是仿照模拟频谱仪,用数字滤波器代替模拟滤波器,如图波器,如图8.318.31所示。
图中,所示。
图中,数字滤波器的中心频率可由控数字滤波器的中心频率可由控制制/时基电路使之顺序改变时基电路使之顺序改变。
所谓数字滤波,其主要功能是对数字信号进行过滤处理。
由于所谓数字滤波,其主要功能是对数字信号进行过滤处理。
由于输入输入/输出都是数字序列,所以数字滤波器突实际上是一个序输出都是数字序列,所以数字滤波器突实际上是一个序列运算加工过程。
与模拟滤波器相比它具有滤波特性好、可靠列运算加工过程。
与模拟滤波器相比它具有滤波特性好、可靠性高、体积小、重量轻、便于大规模生产等优点。
但是,目前性高、体积小、重量轻、便于大规模生产等优点。
但是,目前数字系统速度还不够高数字系统速度还不够高,故在使用上还有局
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 测量 part2