第9章信號(hào)分析和頻域測(cè)量(新)

1、電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第1頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第2頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第3頁(yè) ntjnnectf0)( 其中其中cn稱為周期信號(hào)稱為周期信號(hào)f(t)的付氏級(jí)數(shù)系數(shù)，或的付氏級(jí)數(shù)系數(shù)，或f(t)的的頻譜系頻譜系數(shù)數(shù)。付氏級(jí)數(shù)明確地表現(xiàn)了信號(hào)的頻域特性。付氏級(jí)數(shù)明確地表現(xiàn)了信號(hào)的頻域特性。 dtetfTcTTTtjnn2/2/00)(1 ,2電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第4頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第5頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第6頁(yè)X(t)tT0-T0-2T02T0T0/2-T1T1 連續(xù)方波信號(hào)的波形如上圖所示，它在一個(gè)周連續(xù)方波信號(hào)的波形如上圖所示，它在一個(gè)周期內(nèi)的時(shí)域表達(dá)式為期內(nèi)

2、的時(shí)域表達(dá)式為其中其中T0為方波的周期，脈沖寬度為為方波的周期，脈沖寬度為2T1。 2 0 1)(011TtTTttx電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第7頁(yè)00w0w-0wncn00w0w-0wncn00w-0wncn0wT1=T0/4T1=T0/8T1=T0/16電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第8頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第9頁(yè) dtetfjFtj )()(其反變換或逆變換為：其反變換或逆變換為： dejFtftj)(21)(頻譜頻譜電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第10頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第11頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第12頁(yè)前前置置放放大大器器窄窄帶帶濾濾波波器器窄窄帶帶濾濾波波器器窄窄帶帶濾濾波波器

3、器窄窄帶帶濾濾波波器器門門門門門門門門脈脈沖沖分分配配器器脈脈沖沖發(fā)發(fā)生生器器階階梯梯波波發(fā)發(fā)生生器器X放放大大Y放放大大ux檢檢波波電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第13頁(yè)Y放放大大前前置置放放大大器器窄窄帶帶濾濾波波器器窄窄帶帶濾濾波波器器窄窄帶帶濾濾波波器器窄窄帶帶濾濾波波器器檢檢波波器器檢檢波波器器檢檢波波器器檢檢波波器器電電子子掃掃描描開開關(guān)關(guān)掃掃描描發(fā)發(fā)生生器器X放放大大ux電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第14頁(yè)視視頻頻檢檢波波器器X放放大大Y放放大大ux 電電調(diào)調(diào)諧諧濾濾波波器器鋸鋸齒齒波波發(fā)發(fā)生生器器電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第15頁(yè)uxA/D數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)緩緩存存數(shù)數(shù)字字濾濾波波器器數(shù)數(shù)字字檢檢波

4、波平平均均顯顯示示時(shí)時(shí)基基地地址址控控制制電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第16頁(yè)通常是指通常是指3dB帶寬帶寬，或稱半功率帶寬或稱半功率帶寬 分辨率帶寬分辨率帶寬（RBW）反）反映了濾波器區(qū)分兩個(gè)相同幅映了濾波器區(qū)分兩個(gè)相同幅度、不同頻率的信號(hào)的能力度、不同頻率的信號(hào)的能力實(shí)實(shí)際際濾濾波波器器理理想想濾濾波波器器3dB點(diǎn)點(diǎn)3dB帶帶寬寬A20fA20f10.707f0f2f1RBWRBWRBW電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第17頁(yè)dBff1f23dB60dB0204060B3dBB40dBB60dB3dBf0dBf 波型因子反映了區(qū)分兩個(gè)不等波型因子反映了區(qū)分兩個(gè)不等幅信號(hào)的能力，也稱幅信號(hào)的能力，也稱帶

5、寬選擇性帶寬選擇性波形因子定義為濾波器波形因子定義為濾波器60dB帶寬帶寬與與3dB帶寬之比：帶寬之比： dBdBBBSF3603/60/ 也可用也可用40dB帶寬與帶寬與3dB帶帶寬之比表示。波形因子較小的寬之比表示。波形因子較小的濾波器的特性曲線更接近于矩濾波器的特性曲線更接近于矩形，故波形因子也稱形，故波形因子也稱矩形系數(shù)矩形系數(shù)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第18頁(yè)視視頻頻濾濾波波X放放大大Y放放大大fx檢檢波波掃掃描描信信號(hào)號(hào)發(fā)發(fā)生生器器LOfLIF濾濾波波中中頻頻信信號(hào)號(hào)處處理理輸輸入入電電路路電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第19頁(yè)AffIfXfLfimagf = fI輸輸入入濾濾波波鏡鏡像像

6、頻頻率率頻頻率率變變換換| fL fX | = fI 如果輸入頻率的如果輸入頻率的范圍大于范圍大于2fI，將與鏡，將與鏡頻在本振處交疊。通頻在本振處交疊。通常的頻譜儀輸入頻率常的頻譜儀輸入頻率非常寬，一般的抑制非常寬，一般的抑制鏡頻濾波器難以實(shí)現(xiàn)鏡頻濾波器難以實(shí)現(xiàn)調(diào)諧。解決辦法是選調(diào)諧。解決辦法是選擇擇高中頻高中頻，本振頻率，本振頻率也相應(yīng)提高也相應(yīng)提高電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第20頁(yè)ffI頻頻率率變變換換輸輸入入頻頻率率范范圍圍本本振振頻頻率率范范圍圍鏡鏡像像頻頻率率范范圍圍低低通通濾濾波波fI = fL- fXfI = fimag- fL鏡頻范圍遠(yuǎn)在輸鏡頻范圍遠(yuǎn)在輸入頻率范圍之上，入頻率范

7、圍之上，兩者不會(huì)交疊；兩者不會(huì)交疊；中頻頻率越高，中頻頻率越高，鏡頻距本振越遠(yuǎn)，鏡頻距本振越遠(yuǎn)，可避免因交疊而可避免因交疊而帶來的濾波器實(shí)帶來的濾波器實(shí)現(xiàn)問題。因此現(xiàn)問題。因此用用固定調(diào)諧的低通固定調(diào)諧的低通濾波器在混頻之濾波器在混頻之前濾去鏡頻前濾去鏡頻即可即可電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第21頁(yè) 高中頻很難實(shí)現(xiàn)窄帶帶通濾波和性能良好的檢高中頻很難實(shí)現(xiàn)窄帶帶通濾波和性能良好的檢波，需要進(jìn)行多級(jí)變頻（混頻）處理。波，需要進(jìn)行多級(jí)變頻（混頻）處理。第一混頻實(shí)第一混頻實(shí)現(xiàn)高中頻頻率變換，再由第二、三級(jí)甚至第四級(jí)混現(xiàn)高中頻頻率變換，再由第二、三級(jí)甚至第四級(jí)混頻將固定的中頻逐漸降低。頻將固定的中頻逐漸降低

8、。每級(jí)混頻之后有相應(yīng)的每級(jí)混頻之后有相應(yīng)的帶通濾波器抑制高次諧波交調(diào)分量。帶通濾波器抑制高次諧波交調(diào)分量。低低通通濾濾波波帶帶通通濾濾波波帶帶通通濾濾波波射射頻頻輸輸入入100KHz3GHz第第一一本本振振4GHz6.9GHz3.9GHz第第二二本本振振第第三三本本振振3.56GHz340MHz329.3MHz10.7MHz電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第22頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第23頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第24頁(yè) CHzBRBWNSpanASpanffrefx%1% 其中：其中：f絕對(duì)頻率精度，單位絕對(duì)頻率精度，單位Hz；ref參參考頻率（本振頻率）相對(duì)精度；考頻率（本振頻率）相對(duì)精度；

9、fx頻率讀數(shù)；頻率讀數(shù)；N完成一次掃描所需的頻率點(diǎn)數(shù)；完成一次掃描所需的頻率點(diǎn)數(shù)；A%Span的精度，的精度，B%RBW的精度，的精度，C頻率常頻率常數(shù)。不同的頻譜儀有不同的數(shù)。不同的頻譜儀有不同的A、B、C值。值。 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第25頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第26頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第27頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第28頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第29頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第30頁(yè) 付里葉分析儀將輸入信號(hào)數(shù)字化，再對(duì)時(shí)域數(shù)付里葉分析儀將輸入信號(hào)數(shù)字化，再對(duì)時(shí)域數(shù)字信息進(jìn)行字信息進(jìn)行FFT變換以獲得頻域表征，屬于數(shù)字式變換以獲得頻域表征，屬于數(shù)字式頻譜儀。由于采用微處理

10、器或?qū)Ｓ眉呻娐?，速度頻譜儀。由于采用微處理器或?qū)Ｓ眉呻娐?，速度明顯超過傳統(tǒng)的模擬式掃描頻譜儀，能進(jìn)行實(shí)時(shí)分明顯超過傳統(tǒng)的模擬式掃描頻譜儀，能進(jìn)行實(shí)時(shí)分析；但它同時(shí)受析；但它同時(shí)受A/D轉(zhuǎn)換器件的指標(biāo)限制，通常帶轉(zhuǎn)換器件的指標(biāo)限制，通常帶寬是有限的，工作頻段較低。寬是有限的，工作頻段較低。 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第31頁(yè)模擬模擬濾波濾波取樣電路取樣電路ADCsfFFT數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)處理器處理器數(shù)字?jǐn)?shù)字濾波濾波數(shù)字正弦波數(shù)字正弦波電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第32頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第33頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第34頁(yè)fLfHf（ a）0fLfH-fLff（b）（c）00電子測(cè)量原理

11、電子測(cè)量原理第35頁(yè) 除了完成幅度譜、功率譜等一般的測(cè)量功能除了完成幅度譜、功率譜等一般的測(cè)量功能外，頻譜儀還能夠用于對(duì)如相位噪聲、鄰道功率、外，頻譜儀還能夠用于對(duì)如相位噪聲、鄰道功率、非線性失真、調(diào)制度等頻域參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。非線性失真、調(diào)制度等頻域參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第36頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第37頁(yè)AAPNACfTfoff1Hzf本本振振信信號(hào)號(hào)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第38頁(yè)IFNoffrmsPNffPNBfAfA,0log10)()( 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第39頁(yè)CoffPNoffAfAfA )()(電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第40頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第41頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第42頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第43頁(yè)%1001220 uuDMmm其中其中u1、u2、um分別表示基頻及其各次諧波分別表示基頻及其各次諧波的均方根值。的均方根值。電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第44頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第45頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第46頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第47頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第48頁(yè)%100 , %10000 UUmUUm下下下下上上上上電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第49頁(yè)電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第