现代电子测量技术9学习教案

1、会计学1第一页，共132页。n9.1.6 信号的频谱分析技术第1页/共131页第二页，共132页。n号，调制信号与载波信号，能量有限信号与功率有限信号 第2页/共131页第三页，共132页。n离散频谱（线状谱），各条谱线分别代表某个频率(pnl)分量的幅度，每两条谱线之间的间隔相等n连续频谱，可视为谱线间隔无穷小，如非周期信号和各种随机噪声的频谱第3页/共131页第四页，共132页。第4页/共131页第五页，共132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)的频谱系数的频谱系数。付氏级数明确地表现了信号的频域特性。付

2、氏级数明确地表现了信号的频域特性。 对应对应(duyng)的周期信号付氏变换式为：的周期信号付氏变换式为：dtetfTcTTTtjnn 2/2/00)(1 ,2 nnncjF02 频谱密度函数简频谱密度函数简称频谱称频谱第5页/共131页第六页，共132页。第6页/共131页第七页，共132页。应用中，常把零频到频谱包络线第一个零点间的频段作为频带宽带。第7页/共131页第八页，共132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的时域表达式为其中其中T0为方波的周期，脉冲宽度为

3、为方波的周期，脉冲宽度为2T1。 2 0 1)(011TtTTttx第8页/共131页第九页，共132页。00w0w-0wncn00w0w-0wncn00w-0wncn0wT1=T0/4T1=T0/8T1=T0/16第9页/共131页第十页，共132页。 可见：当方波的周期T0固定不变时，频域中各条谱线之间的间隔0也是固定的。随着T1（即脉冲宽度(kund)）的减小，谱线从集中分布在纵轴附近渐渐变得向两边“拉开”，即频带宽度(kund)逐渐增大，而且幅度逐渐变低。第10页/共131页第十一页，共132页。频域内谱线的间隔成反比：周期越大，谱线越密集。当时域内的波形向非周期信号渐变时，频域内的离

4、散谱线会逐渐演变成连续频谱。第11页/共131页第十二页，共132页。dttfE 2)()( 当当E() 有限时，有限时，f(t)被称为能量有限信号被称为能量有限信号(xnho)，简称能量信号简称能量信号(xnho)。 由帕斯瓦尔公式由帕斯瓦尔公式可知，信号可知，信号(xnho)经过付氏变换之后能量保持不经过付氏变换之后能量保持不变。即令变。即令 djFdttf22)(21)( 2)(1)( jFS dSE 0)()(，因此得到：，因此得到： 能量密度谱，简称能量谱或能谱，能量密度谱，简称能量谱或能谱，表示单位频带内所含能量。任何带宽内的表示单位频带内所含能量。任何带宽内的信号能量均与能量谱曲

5、线下相应的面积成信号能量均与能量谱曲线下相应的面积成正比正比 第12页/共131页第十三页，共132页。 222)(1lim)(TTTdttfTP 当当P()有限时，有限时，f(t)为功率有限信号，简称为功率有限信号，简称(jinchng)功功率信号。由于信号的平均功率时间定义为率信号。由于信号的平均功率时间定义为T，显然，显然一切能量有限信号的平均功率都为零。因此，一般的功一切能量有限信号的平均功率都为零。因此，一般的功率有限信号必定不是能量信号。率有限信号必定不是能量信号。 由帕斯瓦尔公式得由帕斯瓦尔公式得 ，令，令 dTjFPT2)(lim21)( TjFSTp2)(lim1)( ，则有

6、，则有 dSPp 0)()(功率密度谱，简称功率谱，表示单位频带内功率密度谱，简称功率谱，表示单位频带内单位频带内的功率单位频带内的功率 第13页/共131页第十四页，共132页。 dtetfjFtj )()(其反变换或逆变换为其反变换或逆变换为： tjejFtf )(21)(频谱频谱第14页/共131页第十五页，共132页。F(j) = -F*(-j) 。且R()是奇函数(hnsh)、X()是偶函数(hnsh)；n无论f (t)为实函数(hnsh)或虚函数(hnsh)，幅度谱|F(j)|关于纵轴对称，相位谱e j()关于原点对称。第15页/共131页第十六页，共132页。 nnjjenfeF

7、 )(其反变换为其反变换为： deeFnfnjj)(21频谱频谱第16页/共131页第十七页，共132页。第17页/共131页第十八页，共132页。第18页/共131页第十九页，共132页。的幅度、相位信息。可充分利用数字技术和计算机技术，非常适于非周期信号和持续时间很短的瞬态信号的频谱测量。第19页/共131页第二十页，共132页。时域时域周期周期非周期非周期连续连续离散离散频域频域周期周期非周期非周期连续连续离散离散付付氏氏变变换换第20页/共131页第二十一页，共132页。频，再对所得的固定(gdng)频率信号进行测量分析，由此依次获得被测信号不同频率成分的幅度信息。这是频谱仪最常采用的

8、方法。第21页/共131页第二十二页，共132页。n按输入通道数目分类：单通道、多通道频谱仪；n按工作频带分类：高频(o pn)、射频、低频等频谱仪。第22页/共131页第二十三页，共132页。第23页/共131页第二十四页，共132页。生积压现象，这样的分析就是实时的；如果待分析的信号带宽超过(chogu)这个频率范围，则是非实时分析。第24页/共131页第二十五页，共132页。(un p)随机信号的分析。n目前许多数字式频谱仪可以方便地实现不同带宽的FFT分析以及两种频率刻度的显示，故这种分类方法并不适用于数字式频谱仪。第25页/共131页第二十六页，共132页。第26页/共131页第二十

9、七页，共132页。第27页/共131页第二十八页，共132页。前置前置放大器放大器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器门门门门门门门门脉冲分配器脉冲分配器脉冲脉冲发生器发生器阶梯波阶梯波发生器发生器X放大放大Y放大放大ux检波检波第28页/共131页第二十九页，共132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第29页/共131页第三十页，共132页。视视频频检检波波器器X放

10、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第30页/共131页第三十一页，共132页。第31页/共131页第三十二页，共132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波平平均均显显示示时时基基地地址址控控制制第32页/共131页第三十三页，共132页。通常是指通常是指3dB带宽带宽(di kun)，或称半，或称半功率带宽功率带宽(di kun) 分辨率带宽（分辨率带宽（RBW）反映了）反映了滤波器区分两个滤波器区分两个(lin )相同幅相同幅度、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3d

11、B带带宽宽A20fA20f10.707f0f2f1RBWRBWRBW第33页/共131页第三十四页，共132页。dBff1f23dB60dB0204060B3dBB40dBB60dB3dBf0dBf 波型因子反映波型因子反映(fnyng)了区分了区分两个不等幅信号的能力，也称带两个不等幅信号的能力，也称带宽选择性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带宽之带宽之比表示。波形比表示。波形(b xn)因子较小的因子较小的滤波器的特性曲线更接近于矩形，滤波器的特性曲线更接

12、近于矩形，故波形故波形(b xn)因子也称矩形系数因子也称矩形系数第34页/共131页第三十五页，共132页。 等绝对带宽或等信息量等绝对带宽或等信息量带宽：外差式频谱仪在一次带宽：外差式频谱仪在一次分析过程中所用的分析滤波分析过程中所用的分析滤波器带宽恒定。恒带宽滤波器器带宽恒定。恒带宽滤波器的 特 性 曲 线 在 线 性 频 率的 特 性 曲 线 在 线 性 频 率(pnl)刻度下，关于滤波器刻度下，关于滤波器的中心频率的中心频率(pnl)f0对称对称0dB对对数数频频率率-10dB-20dB-30dB-40dB-50dB0.2f00.5f0f02f05f0倍倍频频程程选选择择性性1倍倍频

13、频程程1倍倍频频程程第35页/共131页第三十六页，共132页。 恒百分比带宽滤波器的绝对带宽恒百分比带宽滤波器的绝对带宽B B与中心频率与中心频率f0f0的比值的比值（即相对（即相对(xingdu)(xingdu)带宽）是常数。扫描式频谱仪、档级带宽）是常数。扫描式频谱仪、档级滤波式频谱仪及并行滤波式频谱仪大多采用恒百分比带宽滤波式频谱仪及并行滤波式频谱仪大多采用恒百分比带宽分析。分析。 在对数刻度下，恒百分比带宽滤波器的频率在对数刻度下，恒百分比带宽滤波器的频率(pnl)特性曲线关于其中心频率特性曲线关于其中心频率(pnl)f0对称。常用对称。常用“倍频程选择性倍频程选择性”表示远离中心频

14、率表示远离中心频率(pnl)一倍频率一倍频率(pnl)处（处（0.5f0和和2f0）的滤波器衰减量。）的滤波器衰减量。第36页/共131页第三十七页，共132页。的周期数。n宽带滤波器的响应时间短，测量速度快；窄带滤波器建立时间较长，但频率分辨率更高、信噪比好。响应时间限制了频谱仪的扫描分析速度，影响实时频谱分析的实现。第37页/共131页第三十八页，共132页。第38页/共131页第三十九页，共132页。 外差式频谱仪的频率变换原理与超外差式收音机相同：利用无线电接收机中普遍使用的自动调谐方式，通过改变(gibin)扫频本振的频率来捕获待测信号的不同频率分量。也称扫频外差式频谱仪。扫频外差式

15、方案是实施频谱分析的传统途径，在高频段占据优势地位。 第39页/共131页第四十页，共132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第40页/共131页第四十一页，共132页。阻抗匹配的功能(gngnng)，尽可能降低源负载与混频器之间的失配误差低噪声放大：对输入电平进行调整，保证混频器输入电平满足一定的幅度要求，获得较佳混频效果第41页/共131页第四十二页，共132页。AffIfXfLfimagf = fI输输入入滤滤波波镜镜像像频频率率频频率率变变换换| fL fX | = fI 如果输入

16、频率的范如果输入频率的范围大于围大于2fI，将与镜频，将与镜频在本振处交叠在本振处交叠(jio di)。通常的频谱仪输入频。通常的频谱仪输入频率非常宽，一般的抑制率非常宽，一般的抑制镜频滤波器难以实现调镜频滤波器难以实现调谐。解决办法是选择高谐。解决办法是选择高中频，本振频率也相应中频，本振频率也相应提高提高第42页/共131页第四十三页，共132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围之上，两者不会交叠，两者不会交叠；

17、中频；中频(zhngpn)频率越高，镜频频率越高，镜频距本振越远，可距本振越远，可避免因交叠而带避免因交叠而带来的滤波器实现来的滤波器实现问题。因此用固问题。因此用固定调谐的低通滤定调谐的低通滤波器在混频之前波器在混频之前滤去镜频即可滤去镜频即可第43页/共131页第四十四页，共132页。 高中频很难实现窄带带通滤波和性能良好的检波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。第一混频实现高，需要进行多级变频（混频）处理。第一混频实现高中频频中频频(pn pn)率变换，再由第二、三级甚至第四级混率变换，再由第二、三级甚至第四级混频将固定的中频逐渐降低。每级混频之后有

18、相应的带频将固定的中频逐渐降低。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。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第44页/共131页第四十五页，共132页。分辨各频率分量。频谱仪的分辨率带宽由最后一个中频滤波器的带宽决定。数字滤波器选择性较好、没有漂移，能够实现极稳定的窄分辨率带宽。第45页/共131页第四十六页，共132页。R、C常数以确保检波器跟随中频信号的包络变化而变化

19、。频率扫描速度的快慢也会对检波输出(shch)产生影响，扫速太快会使检波器来不及响应。第46页/共131页第四十七页，共132页。应用：主要应用于噪声测量，特别是在分辨率带宽（RBW）较大时。减小视频滤波器的带宽（VBW）将削弱(xuru)或平滑噪声峰-峰值的变化，当VBW/RBW 0.01 时，平滑效果非常明显。第47页/共131页第四十八页，共132页。踪迹平均处理：为了平滑图像、降低噪声，对同一输入(shr)信号多次扫描所得的踪迹进行的处理。踪迹平均的基本算法是将来自多个踪迹的相同频点上的数据一一进行加权平均，形成一个平滑踪迹。第48页/共131页第四十九页，共132页。 niiavgS

20、nA11其中：其中：n加权因子加权因子(ynz)，即进行平均的踪迹数目，即进行平均的踪迹数目Aavg平均后的踪迹值平均后的踪迹值Si未经平均的各次踪迹的测量值，未经平均的各次踪迹的测量值，i = 1 , 2 , , n 第49页/共131页第五十页，共132页。111 nnavgAnnSA其中其中(qzhng)n加权平均因子，即已完成扫描的踪迹加权平均因子，即已完成扫描的踪迹数数Aavg平均之后的踪迹值平均之后的踪迹值Sn未经平均的当前踪迹的测量值未经平均的当前踪迹的测量值An-1前一次扫描的平均踪迹值前一次扫描的平均踪迹值第50页/共131页第五十一页，共132页。描时间受限于中频滤波器和视

21、频滤波器的响应时间。若不满足所需的最短扫描时间，滤波器未达到稳态，会导致信号的幅度损耗和频率偏移。为避免因此引起的测量误差，分辨率带宽RBW、视频带宽VBW、扫描时间ST及扫描宽度Span应当联动设置。第51页/共131页第五十二页，共132页。)( 2VBWRBWRBWSpanKST 其中其中K为比例为比例(bl)因子，取值与滤波器类型及其响应误差有因子，取值与滤波器类型及其响应误差有关。例如：关。例如：4级或级或5级级联的模拟滤波器，级级联的模拟滤波器，K取取2.5；高斯数字；高斯数字滤波器，滤波器，K可取值可取值1甚至小于甚至小于1 VBWRBW时：所需的时：所需的STmin受限于视频滤

22、波器的响受限于视频滤波器的响应时间。应时间。VBW越大，视频滤波器的响应越短，越大，视频滤波器的响应越短，ST相相应也越小，应也越小，VBW与与ST成线性反比。成线性反比。第52页/共131页第五十三页，共132页。正 弦 信 号 测 量 RBW/VBW=0.31脉冲信号测量RBW/VBW=0.1噪声信号测量RBW/VBW=9 第53页/共131页第五十四页，共132页。下同时达到这两个限制。用户会根据不同需要选择最大显示电平（参考电平），输入(shr)衰减、中频增益是两个决定性因素。第54页/共131页第五十五页，共132页。实际应用中，即使参考电平非常低，通常也会将输入衰减设置为最小值（如

23、9dB），以获得较 好 的 匹 配 ， 提 高 幅 度 测 量(cling)精度。第55页/共131页第五十六页，共132页。频率指标频率指标幅度指标幅度指标第56页/共131页第五十七页，共132页。节，或人为设置。扫描宽度表示频谱仪在一次测量（也即一次频率扫描）过程中所显示的频率范围，可以小于或等于输入频率范围。第57页/共131页第五十八页，共132页。信号，分辨率就与滤波器的形状因子有关。现代频谱仪通常具有可变的RBW，按照1-3-9或1-2-5的典型步进变化。最小的一档RBW值就是频率分辨率指标，如90Hz。第58页/共131页第五十九页，共132页。 CHzBRBWNSpanASp

24、anffrefx%1% 其中：其中：f绝对频率精度，单位绝对频率精度，单位Hz；ref参考频率（参考频率（本振频率）相对精度；本振频率）相对精度；fx频率读数；频率读数；N完成完成(wn chng)一次扫描所需的频率点数；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频率常数。不同的频谱仪有不频率常数。不同的频谱仪有不同的同的A、B、C值。值。 第59页/共131页第六十页，共132页。描范围、分辨率带宽、视频滤波。现代频谱仪通常有多档扫描时间(shjin)可选择，最小扫描时间(shjin)由测量通道的电路响应时间(shjin)决定。第60页/共131页第六十

25、一页，共132页。不稳定引起，还与分辨率带宽有关：RBW减小，相噪相应降低。有效设置频谱仪参数可使相噪达到最小，但无法消除。相噪也是影响频谱仪分辨不等幅信号的因素之一。第61页/共131页第六十二页，共132页。仪器(yq)在出厂前要经过校准，各种误差已被分别记录下来并用于对实测数据进行修正，显示出来的幅度精度已有所提高。第62页/共131页第六十三页，共132页。第63页/共131页第六十四页，共132页。实际实际(shj)混频器会产生本振和射频信号混频器会产生本振和射频信号。当本振频率与中频的中心频率相同或非。当本振频率与中频的中心频率相同或非常接近时，这个对应于零频（直流）输入常接近时，

26、这个对应于零频（直流）输入的本振信号将通过中频滤波器，即本振馈的本振信号将通过中频滤波器，即本振馈通。通。第64页/共131页第六十五页，共132页。第65页/共131页第六十六页，共132页。 付里叶分析仪将输入信号数字化，再对时域数字信息进行FFT变换以获得频域表征，属于数字式频谱仪。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，能进行实时分析；但它同时受A/D转换器件的指标限制，通常带宽是有限(yuxin)的，工作频段较低。 第66页/共131页第六十七页，共132页。RF输输入入LOfLADCDDCFFT处处理理显显示示LPF中中频频预预处处理理第67页/共131

27、页第六十八页，共132页。点，对应于频率从0到fS /2 ，故FFT的输出频率范围为0fS /2，类似于低通滤波。第68页/共131页第六十九页，共132页。截止频率，混频后恰好将中频带限信号向下搬移(bn y)到了基带。第69页/共131页第七十页，共132页。模模拟拟滤滤波波取取样样电电路路ADCsfFFT数数字字信信号号处处理理器器数数字字滤滤波波数数字字正正弦弦波波第70页/共131页第七十一页，共132页。可见，原来的中频带限信号被搬移到了基带，因此这个(zh ge)过程也叫数字下变频（DDC）。fLfHf（ a）0fLfH-fLff（b）（c）00第71页/共131页第七十二页，共

28、132页。第72页/共131页第七十三页，共132页。频谱泄漏。常用解决办法是使用窗函数与时间记录相乘，即强迫波形在有限长度的时间记录之外变为零，于是波形不再有瞬变现象。第73页/共131页第七十四页，共132页。待分析信号的最高频率。最高fS由ADC的性能决定。频率分辨率：采样频率一定时，FFT的点数越多，频率分辨率越高。频率分辨率f、采样频率fS和分析点数N三者之间的关系为f=fS/N。第74页/共131页第七十五页，共132页。理方法、谱估计方法、统计平均方法及次数有关，往往需要在改变设置和多次分析之后才能获得较好结果。第75页/共131页第七十六页，共132页。触发方式；显示方式；结果

29、存储(cn ch)、输入/输出功能等。第76页/共131页第七十七页，共132页。第77页/共131页第七十八页，共132页。析(fnx)等功能提供最佳可编程解决方案，如FFT这样具有顺序特性的信号处理。第78页/共131页第七十九页，共132页。)()()()()()(11qXWpXqXqXWpXpXmkNmmmkNmm 基基2的的N点点FFT计算步骤计算步骤将输入数据做位倒序将输入数据做位倒序进行蝶形运算进行蝶形运算计算计算xn的频的频谱：谱： 由频谱求平方得功率谱由频谱求平方得功率谱 10)(NnnkNWnxkX第79页/共131页第八十页，共132页。由于FFT分析仪需使用高速ADC进

30、行过采样，可分析的频率范围受限于A/D器件的速度，因而在频率覆盖范围上FFT分析仪不及外差式频谱仪。第80页/共131页第八十一页，共132页。秀的频率分辨率，使得在很高的频率上进行极窄带宽的频谱分析成为(chngwi)可能，整机性能大大提高。第81页/共131页第八十二页，共132页。 除了完成(wn chng)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、非线性失真、调制度等频域参数进行测量。第82页/共131页第八十三页，共132页。第83页/共131页第八十四页，共132页。测量结果无效。从这个意义上讲，频谱仪适合于测量锁定状态下的合成频率源相噪，而不适于失

31、锁的情况。第84页/共131页第八十五页，共132页。AAPNACfTfoff1Hzf本本振振信信号号第85页/共131页第八十六页，共132页。nAPN,rms(foff)在噪声带宽BN,IF内使用有效值检波器测得的噪声电平，单位dBm；nBN,IF分辨率带宽滤波器的噪声带宽，单位Hz。IFNoffrmsPNffPNBfAfA,0log10)()( 第86页/共131页第八十七页，共132页。噪声带宽BN,IF处用采样检波器测得的平均噪声电平，单位为dBm。dBBfAfAIFNoffsmpPNffPN5 . 2log10)()(,0 第87页/共131页第八十八页，共132页。CoffPNo

32、ffAfAfA )()(第88页/共131页第八十九页，共132页。的关系式。 RBW过小：导致扫描时间过长。为了达到高分辨率带宽，在使用宽带中频滤波器的情况下可以采用多级中频滤波器级联，分步降低RBW的方法。第89页/共131页第九十页，共132页。第90页/共131页第九十一页，共132页。第91页/共131页第九十二页，共132页。线状谱与包络谱脉冲测量的分辨率滤波器第92页/共131页第九十三页，共132页。 2222sin fffV tTnTnTnTTtxn 2cossin21 第93页/共131页第九十四页，共132页。TtfV(f)1/T1/2/ 时域中的重复脉冲时域中的重复脉冲

33、 频域中的脉冲串频谱频域中的脉冲串频谱第94页/共131页第九十五页，共132页。n情况(qngkung)下，通过选择较宽的RBW（如大于脉冲谐波的PRF），频谱仪可以显示脉冲波形的包络而不展示谱线的细节，这类频谱叫做包络谱或脉冲谱。第95页/共131页第九十六页，共132页。PRFRBW3 . 0 PRFRBW7 . 1 过大的过大的RBW会导致无法分辨包络谱的零点，因会导致无法分辨包络谱的零点，因此此RBW必须保持小于包络谱中的零点间隔，即必须保持小于包络谱中的零点间隔，即小于小于1/。综合起来，。综合起来，在显示包络谱时的在显示包络谱时的RBW设设置条件是：大于脉冲重复频率，且远小于置条

34、件是：大于脉冲重复频率，且远小于1/： /1 . 07 . 1 RBWPRF第96页/共131页第九十七页，共132页。第97页/共131页第九十八页，共132页。第98页/共131页第九十九页，共132页。 测量测量ACP时，在滤波器选择性满足实际要求的时，在滤波器选择性满足实际要求的前提下，动态范围受热噪声、相位噪声和交调失真前提下，动态范围受热噪声、相位噪声和交调失真（主要是三阶交调）三方面因素的影响。（主要是三阶交调）三方面因素的影响。 热噪声和交调的影响取决于加到第一混频器输热噪声和交调的影响取决于加到第一混频器输入端的电平入端的电平(din pn)。热噪声的效应与混频器输。热噪声的

35、效应与混频器输入电平入电平(din pn)的高低成反比，而较高的输入电的高低成反比，而较高的输入电平平(din pn)会导致交调加重，因此必须在三者之会导致交调加重，因此必须在三者之间权衡选择以获得最佳动态范围。综合考虑热噪声间权衡选择以获得最佳动态范围。综合考虑热噪声、相位噪声和三阶交调之后所得的混频器电平、相位噪声和三阶交调之后所得的混频器电平(din pn)-动态范围特性曲线呈不对称的盆状，可能获动态范围特性曲线呈不对称的盆状，可能获得的最大动态范围应该在不同的混频器电平得的最大动态范围应该在不同的混频器电平(din pn)上分别确定。上分别确定。 第99页/共131页第一百页，共132

36、页。-40-50-60-70-80-90-100-110-120-70-60-50-40-30-20-10动动态态范范围围（dB）混混 频频 器器 电电 平平 （ dBm）相相 位位 噪噪 声声三三 阶阶 交交 调调热热 噪噪 声声综综 合合最最 佳佳 混混 频频 器器 电电 平平0第100页/共131页第一百零一页，共132页。象素点的电平，并计算Pi=9Ai/9，其中Pi为线性坐标上第i个点上的功率测量值，单位为W；Ai为第i个点上的电平测量值，单位为dBm。将信道内所有点上的功率累加，并除以点数。第101页/共131页第一百零二页，共132页。 NiPIFNCHCHiNBBL110,10

37、1log10其中其中LCN信道功率电平，单位信道功率电平，单位dBm；BCN信道带宽，单位信道带宽，单位Hz；BN,IF分辨率滤波器的等效分辨率滤波器的等效(dn xio)噪声带宽噪声带宽，单位，单位Hz；N测量的总点数；测量的总点数；Pi第第i个象素点上的功率测量值，单位个象素点上的功率测量值，单位W。 第102页/共131页第一百零三页，共132页。第103页/共131页第一百零四页，共132页。第104页/共131页第一百零五页，共132页。ninninininoutVkVkVkVkkV 332210其中其中k0：系统输出直流分量；：系统输出直流分量；k1：电路增益；：电路增益；k2及以

38、上的及以上的其余系数：电路的非线性特性。如果电路是完全线性的，其余系数：电路的非线性特性。如果电路是完全线性的，则除则除k1之外的所有系数均应为之外的所有系数均应为0。 由于对渐变形式的非线性，由于对渐变形式的非线性，kn的大小随的大小随n增大而迅速增大而迅速变小，只有二次、三次效应起决定作用。故可忽略上式中变小，只有二次、三次效应起决定作用。故可忽略上式中k3以后的各项，因而得到以后的各项，因而得到(d do)简化失真模型：简化失真模型： 332210inininoutVkVkVkkV 第105页/共131页第一百零六页，共132页。量、基波及二次、三次谐波。 tAktAktAkAkAkkt

39、tAktAktAkkVout 3cos412cos21cos4321 3cos41cos432cos121cos3322331220332210 第106页/共131页第一百零七页，共132页。意味着输入信号电平每变化1dB，基波也将近似变化1dB，二次谐波将改变2dB，三次谐波将改变3dB。 dBdBAAAAA3log203A20log , 2log202log2032 第107页/共131页第一百零八页，共132页。1dB时，输出信号的二次项幅度将变化2dB；三次项将变化3dB。 ttcttcttcttcttcttctctctctctctccVout12121211211021921821

40、726152413221102cos2cos 2cos 2coscoscos 3cos3cos2cos2coscoscos 第108页/共131页第一百零九页，共132页。%1001220 uuDMmm其中其中(qzhng)u1、u2、um分别表示基频及其各次谐分别表示基频及其各次谐波的均方根值。波的均方根值。第109页/共131页第一百一十页，共132页。第110页/共131页第一百一十一页，共132页。%1001222 MmmMmmuuD 按照近似式测量失真度，所得的是谐波电压总有效值按照近似式测量失真度，所得的是谐波电压总有效值与被测信号与被测信号(xnho)总有效值之比。近似的条件：当

41、失真总有效值之比。近似的条件：当失真度小于度小于9时，可用近似失真度测量值时，可用近似失真度测量值D代替定义值代替定义值D0，否则需对否则需对D值进行换算或修正。换算公式为：值进行换算或修正。换算公式为： 201DDD 第111页/共131页第一百一十二页，共132页。输输入入衰衰减减基基波波抑抑制制网网 络络有有效效值值电电压压表表12S单单音音输输入入第112页/共131页第一百一十三页，共132页。1. 开关S先打到1处，测出被测信号的电压总有效值。适当调节输入电平使电压表指示为某一规定的基准电平值，该值完全对应于失真度大小，也就是使近似式中的分母为1这个过程称为“校准”；2. 开关打到

42、2处，调整基波(j b)抑制网络使电压表指示最小，表明此时电路对基波(j b)的衰减量最大。由于基波(j b)已被抑制，此时测出的是被测信号的谐波电压总有效值。由于电压表已经过校准，故当前指示值就是D值。第113页/共131页第一百一十四页，共132页。白白噪噪声声发发生生器器带带阻阻滤滤波波器器被被测测电电路路选选频频电电压压表表f0f0UoutUNf0第114页/共131页第一百一十五页，共132页。%100 UUDout其中，其中，Uout为选频电压表在频率为选频电压表在频率(pnl)f0处的读数，处的读数，U为同一带宽下其他频率为同一带宽下其他频率(pnl)处的电压表读数。处的电压表读数。 第115页/共131页第一百一十六页，共132页。显显示示调调谐谐陷陷波波滤滤波波器器第116页/共13