《频域测量pa》PPT课件

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1、第八章part28.3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和频域特性在数学上可表示为一对傅里叶变换关系：图8.25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，各有不同的特点。示波器从时域上容易区分电信号的相位关系，如图8.26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）；(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）有非线性失真，即基波和二次谐波信号不

2、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来的新的频谱分量。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。图8.26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140dB。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，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：1.正弦信号的频谱纯度2.调制信号的频谱

3、3.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5.激励源响应的测量6.放大器的性能测试7.噪声频谱的分析8.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

4、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拟式频谱仪：以扫描式为基础构成，采用滤波器或混频器将被分析信号中各频率分量逐一分离。所有早期的频谱仪几乎都属于模拟滤波式或超外差结构，并被沿用至今数字式频谱仪：非扫描式，以数字滤波器或FFT变换为基础构成。精度高、性能灵活，

5、但受到数字系统工作频率的限制。目前单纯的数字式频谱仪一般用于低频段的实时分析，尚达不到宽频带高精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频谱仪的分类模拟式实时----并行滤波法顺序滤波法非实时可调滤波法扫频

6、外差法数字式数字滤波法快速傅里叶变换（FFT）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。这种方法简单易行，但在频带较宽或较高频段的

7、情况下需要大量滤波器，仪器体积过大；由于通带窄，分辨力和灵敏度都不是很高。一般用于低频段的音频测试等场合。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。扫频滤波式频谱仪与档级滤波式一样，是一种非实时频谱测量。结构简单，价格低廉。缺点是电调谐滤波器损耗大、调谐范围窄、频率特性

8、不均匀、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1.模拟式频谱仪