信号分析与处理实验指导书

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1、实验一信号频谱的测量一、实验目的1、掌握信号频谱的测量方法，加深对周期信号频谱特点的了解。2、研究矩形脉冲时域周期和脉宽的变化对频谱结构的影响，了解时域和频域间的关系。3、学习TH-SG01P型功率函数信号发生器各旋钮、开关的作用及其使用方法。4、学习虚拟示波器的使用方法。二、原理及说明1、周期信号的频谱分为幅度谱、相位谱和功率谱三种，分别是信号各频率分量的振幅，初相和功率按频率由低到高依次排列构成的图形。通常讲的频谱指幅度谱，它可选频表或波形分析仪逐个频率测试而得，也可用频率谱仪直接显示，现在更多的是应用虚拟示波器的FFT变换来实现。2、连续周期信号频谱的特点是离散性、谐波性和幅度总趋势的

2、收敛性，可以通过对正弦波、三角波、方波（或矩形脉冲）频谱的具体测试而得到验证。（1）、正弦波的频谱特别简单，即本身频率的振幅，如图1-1所示。tT/20Af(t)A图1-1正弦波及其频谱（2）、宽度为，高度为的三角波的频谱，当时，，如图1-2所示。f(t)A0tT图1-2三角波及其频谱13（3）、矩形脉冲的频谱，。当为方波时，，如图1-3所示。f(t)0tT图1-3方波及其频谱（4）、周期型矩形脉冲的频谱按规律变化，它的第一个零点频率取决于脉宽，谱线的疏密取决于周期。当脉宽不变时，在内谱线会增多而变密；当周期不变而脉宽减小时，其第一零点频率会增高，从而使内的谱线增多；谱线高度都会因增大或减小

3、而降低。因此，信号的波形和其频谱间是一一对应的，它们不过是对同一信号的两种不同描述方式罢了。在频域中，常把的一段频率范围定义为信号的有效频带宽度，对于的矩形脉冲，这种定义就比较精确了。三、预习思考1、画出重复频率为1方波频谱图，要求横轴用（为基波频率）。2、画出重复频率为2、脉宽与周期之比为的矩形脉冲信号频谱图。四、仪器设备1、信号与系统实验（一）挂件2、TH-SG01P型功率函数信号发生器3、虚拟示波器五、内容及步骤1、连接虚拟示波器的并口通讯线，打开实验台上信号发生器的电源。132、将信号发生器的输出端接到虚拟示波器的输入通道CH1或者CH2上，打开虚拟示波器窗口，观察不同函数波形，并测

4、定它们的波形参数。3、测量信号发生器产生的矩形脉冲信号的频谱。（1）、观察重复频率为2，幅度，的矩形脉冲的波形，测量其频谱。（2）、改变脉宽，使，频率、幅度不变，重复步骤（1）。（3）、保持步骤（1）的脉宽和幅度，重复频率为1，观察波形，测量频谱。六、报告要求1、回答预习思考1和2。2、由测试结果得出测试结论，即信号频谱的特点和规律。3、实验收获体会。13实验2离散信号频谱的测量和抽样定理的验证一、实验目的1、了解电信号的抽样方法与过程及信号的恢复。2、观察离散信号频谱，了解其频谱特点。3、验证抽样定理。二、原理及说明1、离散信号不仅可从离散信号源获得，而且也可从连续信号抽样获得。抽样信号：

5、，其中为连续信号（如三角波），是周期为的矩形窄脉冲。又称抽样间隔，称抽样频率。、、波形如图2-1所示。f(t)tTTTts(t)tE图2-1三角波及其抽样波形连续周期信号经周期矩形脉冲抽样后，抽样信号的频谱为：13它包含了原信号频谱以及重复周期为、幅度按规律变化的原信号频谱，即抽样信号的频谱是原信号频谱的周期性延拓。因此，抽样信号占有的频带比原信号频带宽得多。以三角波被矩形脉冲抽样为例。三角波的频谱：抽样信号的频谱：取三角波的有效带宽为3，其抽样信号频谱如下图2-2所示。如果离散信号是由周期连续信号抽样而得，则其频谱的测量与周期连续信号方法相同，但应注意频谱的周期性延拓。2．抽样信号在一定条

6、件下可以恢复原来的信号，只要用一截止频率等于原信号频谱中最高频率fn的低通滤波器，滤去信号中所有的高频分量，就得到只包含原信号频谱的全部内容，即低通滤波器的输出为恢复后的原信号。3．原信号得以恢复的条件是fs³2B，其中fs为采样频率，B为原信号占有的频带宽度。Fmin=2B为最低采样频率。当fs<2B时，抽样信号的频谱会发生混迭，所以无法用低通滤波器获得原信号频谱的全部内容。在实际使用时，一般取fs=（5－10）B倍。实验中选用fs<2B、fs=2B、fs>2B三种抽样频率对连续信号进行采样，以验证抽样定理¾要是信号抽样后能不失真的还原，抽样频率fs必须远大于信号频率中最高频率的两倍。13

7、4.下面的框图表示了对连续信号的抽样和对抽样信号的恢复过程。实验时，除选用足够高的抽样频率外，还常采用前置低通滤波器来防止信号频谱的过宽而造成抽样后信号频谱的混迭。低通滤波采样器信号输入采样脉冲图2-3信号的抽样与恢复原理框图三、预习思考1、设正弦波，为，的周期矩形脉冲，求的频谱，并画出频谱图。2、计算频率为1周期三角波信号的有效频带宽度。若要使此信号通过一周期矩形脉冲抽样后，抽样信号不发生混叠的抽样频率为？