电子测量教案课件.ppt

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1、第7章频谱分析仪原理一、概述二、信号（时频对应关系）三、频谱分析仪的分类四、顺序滤波式频谱分析仪五、FFT分析仪六、外差式频谱分析仪一、概述频域测试和时域测试的关系频域测试的主要内容信号的频谱分析基波、谐波、寄生调制、相位噪声、非相干寄生信号（杂散）信号调制情况分析频谱监测频域测试的典型仪器——频谱分析仪第八章频谱分析原理频谱分析仪也称为信号分析仪网络分析仪用于对电子网络的频率响应特性进行分析失真度分析仪用于测量音频电路的失真射频功率计用于精确测量音频和微波信号的功率电平一、概述（续）第八章频谱分析原理二、信号1、时域和频域的关系时域：横坐标

2、是时间轴频域：横坐标是频率轴---从不同角度来描述信号的特征---具有相同频谱的两个信号，可能在时域上显示是不同波形的信号第八章频谱分析原理第八章频谱分析原理2、信号的傅立叶分析（回顾）傅立叶变换和反变换第八章频谱分析原理对于周期信号：周期信号在频域中为离散的谱线非周期信号在频域中为连续的谱线第八章频谱分析原理常见信号的频谱第八章频谱分析原理三、频谱分析仪的分类按频率范围-音频范围（AF）到1MHz左右-射频范围（RF）到3GHz左右-微波范围到40GHz左右-毫米波范围超过40GHz按照实现方式-顺序滤波式-FFT分析仪-外差式频谱分析仪第

3、八章频谱分析原理特点：实时显示，但需要大量的滤波器四、顺序滤波式频谱分析仪前置放大器检波器阶梯波扫描发生器S信号输入第八章频谱分析原理第八章频谱分析原理四、顺序滤波式频谱分析仪（续）问题：滤波器带宽决定了对于频率分辨率例如：100Hz带宽，表示每根谱线有100Hz的不确定性；两根频谱间距小于100Hz则无法区分，此时的谱线表示了在100Hz频带内的总能量如何解决滤波器数量太多、不一致性问题中心频率可调的模拟滤波器？FFT分析？外差式频谱分析仪？Page230扫频滤波式频谱仪问题：中心频率可调，但范围宽、一致性好的滤波器难以实现第八章频谱分析原

4、理五、FFT分析仪FFT分析仪，也称为动态信号分析仪利用FFT来实现信号频谱成分的测量通过ADC,以设定采样率来采样FFT计算将结果以图形显示出来第八章频谱分析原理FFT分析仪的理论基础第八章频谱分析原理频率分量离散傅立叶变换（DFT）（1）被采样的信号必须有周期性（周期T0）；（2）观察时间必须是被采样信号周期T0的整数倍。FFT分析仪的采样根据奈奎斯特采样定律，采样频率应至少高于输入信号最高频率的两倍，信号才可以被不失真的恢复。否则，产生混叠。第八章频谱分析原理前置的低通滤波器fs大于2.56fc有限次采样—加窗不可能无限次采样，有限次采

5、样相当于加矩形窗，导致泄露现象，幅度和频率的误差采用其他窗函数或者采用频率校正算法第八章频谱分析原理FFT分析仪的性能指标（1）频率特性频率范围fs＞2.56fmax,常见<10MHz采样速率由ADC的速度决定频率分辨力频率间隔为fs/N（2）幅度特性动态范围由A/D的位数决定，位数和转换速度矛盾，导致动态范围与最大输入频率是矛盾的例如：100KHz带宽时动态范围可达100dB灵敏度和精度本机噪声、量化噪声、计算误差等例如：±1.5dB,+27～-120dBV第八章频谱分析原理FFT分析仪的性能指标（3）分析速度取决于FFT运算、处理时间（4

6、）其他特性通道数、窗函数种类、平均计算等第八章频谱分析原理第八章频谱分析原理六、外差式频谱分析仪用滤波器依次选出各个频率，测量此频率信号的幅度，得到频谱1、扫描滤波式频谱分析仪：放大器电调信号（锯齿波））显示器放大器检波器电调谐滤波器第八章频谱分析原理优点：结构简单，价格低廉。由于没有混频电路避免了镜像信号缺点：中心频率可调且调整范围很宽的窄带滤波器难以实现，工作频带较窄，而且灵敏度低解决办法：外差式频谱仪输入频谱fxifo扫频本机振荡器fL（t）第八章频谱分析原理2、外差式频谱分析仪（1）、工作原理：输入信号频谱：fx1fx2fxn扫描电压

7、发生器扫频振荡器fL（t）（可变）混频器fo=fL（t）-fxn滤波器检波器显示器第八章频谱分析原理结论：扫频外差式频谱仪对被分析的频谱是一个一个顺序采样，所以不是实时检测和显示；由于采用外差接收方法，所以不用大量的滤波器，这是优于顺序法的特点之一；频谱仪的性能是否良好，与本机振荡器的频率稳定度直接相关，故采用锁相频率合成技术，使本机振荡器频率稳定。由于中频滤波器以后的电路频带较窄，有利于提高放大器增益和整机灵敏度；整机频谱分析仪的频率覆盖范围可以大幅度提高第八章频谱分析原理典型外差式频谱仪的框图（2）外差式频谱仪的主要参数频率显示范围（起始

8、和终止频率）电平显示范围（参考电平）分辨率带宽（中频滤波器的3dB带宽）扫描时间（3）外差式频谱分析仪各模块的原理和功能A、输入电路输入阻抗：75Ω或50Ω射频衰减