第9章 信号分析和频域测量(新)

1、电子测量原理电子测量原理第1页电子测量原理电子测量原理第2页电子测量原理电子测量原理第3页 ntjnnectf0)( 其中其中cn称为周期信号称为周期信号f(t)的付氏级数系数，或的付氏级数系数，或f(t)的的频谱系频谱系数数。付氏级数明确地表现了信号的频域特性。付氏级数明确地表现了信号的频域特性。 dtetfTcTTTtjnn2/2/00)(1 ,2电子测量原理电子测量原理第4页电子测量原理电子测量原理第5页电子测量原理电子测量原理第6页X(t)tT0-T0-2T02T0T0/2-T1T1 连续方波信号的波形如上图所示，它在一个周连续方波信号的波形如上图所示，它在一个周期内的时域表达式为期内

2、的时域表达式为其中其中T0为方波的周期，脉冲宽度为为方波的周期，脉冲宽度为2T1。 2 0 1)(011TtTTttx电子测量原理电子测量原理第7页00w0w-0wncn00w0w-0wncn00w-0wncn0wT1=T0/4T1=T0/8T1=T0/16电子测量原理电子测量原理第8页电子测量原理电子测量原理第9页 dtetfjFtj )()(其反变换或逆变换为：其反变换或逆变换为： dejFtftj)(21)(频谱频谱电子测量原理电子测量原理第10页电子测量原理电子测量原理第11页电子测量原理电子测量原理第12页前前置置放放大大器器窄窄带带滤滤波波器器窄窄带带滤滤波波器器窄窄带带滤滤波波器

3、器窄窄带带滤滤波波器器门门门门门门门门脉脉冲冲分分配配器器脉脉冲冲发发生生器器阶阶梯梯波波发发生生器器X放放大大Y放放大大ux检检波波电子测量原理电子测量原理第13页Y放放大大前前置置放放大大器器窄窄带带滤滤波波器器窄窄带带滤滤波波器器窄窄带带滤滤波波器器窄窄带带滤滤波波器器检检波波器器检检波波器器检检波波器器检检波波器器电电子子扫扫描描开开关关扫扫描描发发生生器器X放放大大ux电子测量原理电子测量原理第14页视视频频检检波波器器X放放大大Y放放大大ux 电电调调谐谐滤滤波波器器锯锯齿齿波波发发生生器器电子测量原理电子测量原理第15页uxA/D数数据据缓缓存存数数字字滤滤波波器器数数字字检检波

4、波平平均均显显示示时时基基地地址址控控制制电子测量原理电子测量原理第16页通常是指通常是指3dB带宽带宽，或称半功率带宽或称半功率带宽 分辨率带宽分辨率带宽（RBW）反）反映了滤波器区分两个相同幅映了滤波器区分两个相同幅度、不同频率的信号的能力度、不同频率的信号的能力实实际际滤滤波波器器理理想想滤滤波波器器3dB点点3dB带带宽宽A20fA20f10.707f0f2f1RBWRBWRBW电子测量原理电子测量原理第17页dBff1f23dB60dB0204060B3dBB40dBB60dB3dBf0dBf 波型因子反映了区分两个不等波型因子反映了区分两个不等幅信号的能力，也称幅信号的能力，也称带

5、宽选择性带宽选择性波形因子定义为滤波器波形因子定义为滤波器60dB带宽带宽与与3dB带宽之比：带宽之比： dBdBBBSF3603/60/ 也可用也可用40dB带宽与带宽与3dB带带宽之比表示。波形因子较小的宽之比表示。波形因子较小的滤波器的特性曲线更接近于矩滤波器的特性曲线更接近于矩形，故波形因子也称形，故波形因子也称矩形系数矩形系数电子测量原理电子测量原理第18页视视频频滤滤波波X放放大大Y放放大大fx检检波波扫扫描描信信号号发发生生器器LOfLIF滤滤波波中中频频信信号号处处理理输输入入电电路路电子测量原理电子测量原理第19页AffIfXfLfimagf = fI输输入入滤滤波波镜镜像像

6、频频率率频频率率变变换换| fL fX | = fI 如果输入频率的如果输入频率的范围大于范围大于2fI，将与镜，将与镜频在本振处交叠。通频在本振处交叠。通常的频谱仪输入频率常的频谱仪输入频率非常宽，一般的抑制非常宽，一般的抑制镜频滤波器难以实现镜频滤波器难以实现调谐。解决办法是选调谐。解决办法是选择择高中频高中频，本振频率，本振频率也相应提高也相应提高电子测量原理电子测量原理第20页ffI频频率率变变换换输输入入频频率率范范围围本本振振频频率率范范围围镜镜像像频频率率范范围围低低通通滤滤波波fI = fL- fXfI = fimag- fL镜频范围远在输镜频范围远在输入频率范围之上，入频率范

7、围之上，两者不会交叠；两者不会交叠；中频频率越高，中频频率越高，镜频距本振越远，镜频距本振越远，可避免因交叠而可避免因交叠而带来的滤波器实带来的滤波器实现问题。因此现问题。因此用用固定调谐的低通固定调谐的低通滤波器在混频之滤波器在混频之前滤去镜频前滤去镜频即可即可电子测量原理电子测量原理第21页 高中频很难实现窄带带通滤波和性能良好的检高中频很难实现窄带带通滤波和性能良好的检波，需要进行多级变频（混频）处理。波，需要进行多级变频（混频）处理。第一混频实第一混频实现高中频频率变换，再由第二、三级甚至第四级混现高中频频率变换，再由第二、三级甚至第四级混频将固定的中频逐渐降低。频将固定的中频逐渐降低

8、。每级混频之后有相应的每级混频之后有相应的带通滤波器抑制高次谐波交调分量。带通滤波器抑制高次谐波交调分量。低低通通滤滤波波带带通通滤滤波波带带通通滤滤波波射射频频输输入入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电子测量原理电子测量原理第22页电子测量原理电子测量原理第23页电子测量原理电子测量原理第24页 CHzBRBWNSpanASpanffrefx%1% 其中：其中：f绝对频率精度，单位绝对频率精度，单位Hz；ref参参考频率（本振频率）相对精度；考频率（本振频率）相对精度；

9、fx频率读数；频率读数；N完成一次扫描所需的频率点数；完成一次扫描所需的频率点数；A%Span的精度，的精度，B%RBW的精度，的精度，C频率常频率常数。不同的频谱仪有不同的数。不同的频谱仪有不同的A、B、C值。值。 电子测量原理电子测量原理第25页电子测量原理电子测量原理第26页电子测量原理电子测量原理第27页电子测量原理电子测量原理第28页电子测量原理电子测量原理第29页电子测量原理电子测量原理第30页 付里叶分析仪将输入信号数字化，再对时域数付里叶分析仪将输入信号数字化，再对时域数字信息进行字信息进行FFT变换以获得频域表征，属于数字式变换以获得频域表征，属于数字式频谱仪。由于采用微处理

10、器或专用集成电路，速度频谱仪。由于采用微处理器或专用集成电路，速度明显超过传统的模拟式扫描频谱仪，能进行实时分明显超过传统的模拟式扫描频谱仪，能进行实时分析；但它同时受析；但它同时受A/D转换器件的指标限制，通常带转换器件的指标限制，通常带宽是有限的，工作频段较低。宽是有限的，工作频段较低。 电子测量原理电子测量原理第31页模拟模拟滤波滤波取样电路取样电路ADCsfFFT数字信号数字信号处理器处理器数字数字滤波滤波数字正弦波数字正弦波电子测量原理电子测量原理第32页电子测量原理电子测量原理第33页电子测量原理电子测量原理第34页fLfHf（ a）0fLfH-fLff（b）（c）00电子测量原理

11、电子测量原理第35页 除了完成幅度谱、功率谱等一般的测量功能除了完成幅度谱、功率谱等一般的测量功能外，频谱仪还能够用于对如相位噪声、邻道功率、外，频谱仪还能够用于对如相位噪声、邻道功率、非线性失真、调制度等频域参数进行测量。非线性失真、调制度等频域参数进行测量。电子测量原理电子测量原理第36页电子测量原理电子测量原理第37页AAPNACfTfoff1Hzf本本振振信信号号电子测量原理电子测量原理第38页IFNoffrmsPNffPNBfAfA,0log10)()( 电子测量原理电子测量原理第39页CoffPNoffAfAfA )()(电子测量原理电子测量原理第40页电子测量原理电子测量原理第41页电子测量原理电子测量原理第42页电子测量原理电子测量原理第43页%1001220 uu