fft频谱分析原理 频谱分析原理.doc

fft频谱分析原理 频谱分析原理 射频电路测试原理 第六讲 频谱分析原理 guolinli@ 参考文献 Agilent 资料 吕洪国,《现代网络频谱测量技术》,清华大学出版 社,2000 刘国林,殷贯西,《电子测量》,机械工业出版社, 2003 2 射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期 目录 通过本章节的讨论,能了解频谱分析仪的工作 原理,明确频谱仪的基本指标,包括频率分辨 率,灵敏度和动态范围在频谱分析仪测量中的 重要性,掌握进行精确失真测量的步骤,并能 够对测量中出现的现象给予合理解释 时域和频域 频谱分析仪工作原理 频谱分析仪基本指标 频谱分析仪其他问题 3 射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期 一,时域和频域 射频测量对象是宽频带内信号与网络系统的特性参数, 而同一个物理系统或信号可以分别在时域和频域描述 时域测量以被测信号和网络系统在时域内的特性为依据,研 究的是被测对象的幅度时间特性 时域测量常用的测试信号是脉冲或阶跃信号,研究的是待测信号 的瞬变过程或网络输出的冲激或阶跃响应:关键是时域信号的采 集和分析 频域测量以被测信号和被测网络系统在频域的特性为依据, 研究的是被测对象的幅频特性和相频特性 频域测量常用的测试信号为正弦波,研究的是待测信号或网络输 出的稳态响应:关键是特定频率的产生和选择 射频测试中,时域测量和频域测量是相辅相成的 从一个域到另一个域,如果测试是完全的,则无任何信息损 失,仅仅是同一信号的不同表述方法 4 射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期 频谱分析 由傅立叶变换知,时域电信号可以分解 为一个,多个,甚至是连续的不同频率, 不同幅度和不同相位的正弦波 因此,用适当的方法,我们可以把时域 波形分解为相应的正弦波分量,然后对 它们分别进行分析与测量 每个正弦波的性质由幅度和相位决定, 换句话说,他们可以把时域信号等效到 频域中去进行分析和测量,这就是频谱 分析 5 射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期 为什么 频谱分析 为什么要进行频谱测试 从事通信工程的技术人员 十分关心信号的谐波失真, 交调失真,噪声背景,调 制等各种频谱情况,因为 这些对通信质量都有重要 的影响 频域分析有时更清楚 通过频谱测试还可以了解 信号的频谱占用情况 EMC EMI 6 射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期 频谱分析其实很自然 频谱分析看起来似乎不如时间波形自然,这是 由于我们相信自己的眼睛.然而,生物对自然 的感触并非只用眼睛 人耳和脑的 组合就是一个工作良好的频谱分析仪, 它将音频分解并确定每个分量的强度,可以在嘈杂 的噪声基底中捕捉到希望听到的声音频率 医生对患者的心音听诊,通过对心跳和呼吸声音的 分析,判断是否有问题 频谱分析并非奇异,只是我们没有无法用眼睛 来看到频率特性曲线而已 7 射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期 频谱分析如果用于信号,则是频谱分析仪的主要功能;如果用于 分析网络系统,则是网络分析仪的主要功能. 典型例子 正弦波在频域内是一 根谱线 方波在频域内是无穷 根谱线,谱线间的距 离固定为方波周期的 倒数 一个瞬变过程的频谱 是连续的 冲击函数的频谱是平 的 需要无穷大的能量才 能产生一个冲击 8 射频电路测试原理 时域分析仪器对应示波器和时域反射计 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期 二,频谱仪 扫描调谐式频谱分析仪(Swept-tuned) 大多采用超外差式,其工作原理和超外差式接收机基本类同 ‘外差’就是变频/混频的意思 傅立叶变换频谱分析仪(Fourier) 首先对时域的信号数字化,然后进行 快速傅立叶变换(FFT),并显示变 换后各频谱分量 可分析单次出现信号 可同时获得测量信号的幅度和相位 目前技术条件下,其频率范围,灵敏度 和动态范围都不如超外差式频谱分析仪 9 射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期 2.1 简单的频谱分析方法 并行滤波器组 如果需要精细分 离两个频率,就 需要窄带滤波和 很多的滤波器, 频谱仪的成本随 之上升 音频频谱分析仪 采用32个滤波器, 每个带宽占1/3 的八度音阶 10 射频电路测试原理 A Parallel filters measured simultaneously LCD shows full spectral display f1 清华大学电子工程系 f2 李国林 雷有华 f 2005春季学期 移动滤波器 用一个中心频率可调谐的滤波器扫描整个频谱 在各个频率点上的输出表明信号