频域测量时域和频域的关系.ppt

* 6.6.1时域和频域的关系 6.5.1时域和频域的关系 任何周期信号都可以展开成傅立叶级数。级数的每一项在频谱上都可以画成一条直线，代表信号的一种成分。 如： * 6.5.2频谱分析仪的分类 频谱分析仪按其工作原理分为实时频谱分析仪和非实时频谱分析仪。 实时频谱分析仪能同时观测显示其规定频率范围内的所有频率分量，而且保持了两个信号间的相位关系，不仅能分析周期信号、随机信号，还能分析瞬时信号。分为多通道滤波式频谱仪和FFT式频谱仪。 非实时频谱分析仪常采用扫描调谐式。扫描调谐式频谱分析仪对输入信号按时间顺序进行扫描调谐，在某一瞬间只能测量显示一个频率，逐次测量显示被测信号的全部频率范围。只能分析在规定时间内频谱几乎不变的周期性重复信号。包括扫描射频调谐型频谱仪和扫频超外差式频谱仪。 * 6.5.2频谱分析仪的分类 FFT型实时频谱仪 * 图6.7.4 FFT频谱仪的简化框图 ADC FFT f S 输入 显示器 处理器 数字 滤波器 模数 转换器 取样器 衰减器 模拟 滤波器 6.5.2频谱分析仪的分类 * FFT采用有限长度时间来计算，因而会产生频谱泄漏。解决这一问题的办法是利用窗口函数。 衰减器：扩大了信号的测量范围。 模拟低通滤波器：滤除了频带外多余的频率分量。 取样器和A/D转换器：完成信号的取样和量化，模拟量转换为数字量。 数字滤波器：采用频率取样式，减小信号带宽和降低取样频率，保证了频率分辨力又避免频谱混叠。 处理器：完成FFT计算。 显示器：显示测量结果。 6.5.2频谱分析仪的分类 扫频超外差式频谱仪 基于这样的思想：若在频率轴上有一个特定的窗口，只有进入窗口的信号才能被检测到。当窗口从一个频率点扫描到另一个频率点时，就可以得到被测信号在不同频率点上的频谱分布。 采用中频窄带滤波器代替窗口，并固定在一个频率点上，利用扫描振荡器，使混频得到的中频信号逐个通过这个窗口实现频率扫描。 * 图6.7.5 信号频谱分布图 窗口 V 2 V 3 V 1 f 2 f 1 fs 3 fs 2 fs 1 6.5.2频谱分析仪的分类 扫频超外差式频谱仪（续） * 工作原理：扫频振荡器是仪器内部振荡源，它受锯齿波扫描电压调制，当扫频振荡器的频率在一定范围内自动扫动时，输入信号中的各个频率分量在混频器中产生差频信号 ，依次落入中频放大器的通带内(这个通带是固定的)，获得中频增益，经检波后加到y放大器，使亮点在屏幕上的垂直偏移正比于该频率分量的幅值。 由于扫描电压在调制扫频振荡器的同时，又驱动x放大器，从而可以在屏幕上显示出被测信号的线状频谱图。图中的中频放大器相当于固定通带滤波器。 6.5.3 技术性能指标 （1）频率范围：频率范围是指能达到频谱分析仪规定性能的工作频率区间，如安捷伦公司的ESA-E系列频谱分析仪频率范围最高可达325GHz。 （2）频率分辨率：是指频谱分析仪能把靠得很近的两个频谱分量分辨出来的能力。由于屏幕显示的谱线实际上是窄带滤波器的动态幅频特性，因而频谱分析仪的分辨率主要取决于窄带滤波器的通频带宽度，因此定义窄带滤波器幅频特性的3 dB带宽为频谱仪的分辨率。 * 左图：观察到的谱线。 右图：3dB带宽过宽， 分辨力太低时的图形。 6.5.4操作使用要点 （1）电源要求：220V交流稳压电源。 （2）静电防护：操作在防静电工作台上完成。 （3）对输入信号的要求：某些频谱仪要求输入信号无直流成分。 （4）更换电池：电池用于动态RAM中数据不丢失。两种方法：取出旧电池10min内放入新电池；在开启频谱仪之后更换电池。 * 6.6 本章小结 重点： 电调谐变容二极管的作用 扫频仪电路工作原理框图及阐述工作原理 频标信号产生的框图与原理 FFT型频谱仪的框图及各部分功能 难点： 扫频超外差式频谱仪的工作原理及框图 * 第六章 频域测量 田宝凤 仪器科学与电气工程学院 主要内容 6.1 扫频仪概述 6.2 扫频仪工作原理 6.3 频标单元 6.4 Y通道单元 6.5 频谱分析仪工作原理 6.6 本章小结 * 教学侧重点 扫频仪的构成与原理 FFT频谱分析仪构成与原理 扫频超外差式频谱分析仪构成与原理 频标单元产生框图与原理 6.1扫频仪概述 扫频仪：又称频率特性测试仪。可用来测定各种有源或无源网络的传输特性、阻抗特性等，如：测定调频放大器、宽频带放大器、各种滤波器、鉴频器等幅频特性。 扫频仪是一种能够完成上述功能并具有显示装置的扫频信号发生器。 * 6.1.1 常用术语 有效频率范围： 扫频信号发生器产生的载波频率范围。 扫频宽度： 扫频所覆盖的频率范围内的最高频率与最低频率之差。 扫频中心频率