第九章信號分析和頻域測量

1、第九章信號分析和頻域測量 nnjjenfeF )( deeFnfnjj)(21時域時域周期周期非周期非周期連續(xù)連續(xù)離散離散頻域頻域周期周期非周期非周期連續(xù)連續(xù)離散離散付付氏氏變變換換前置前置放大器放大器窄帶濾波器窄帶濾波器窄帶濾波器窄帶濾波器窄帶濾波器窄帶濾波器窄帶濾波器窄帶濾波器門門門門門門門門脈沖分配器脈沖分配器脈沖脈沖發(fā)生器發(fā)生器階梯波階梯波發(fā)生器發(fā)生器X放大放大Y放大放大ux檢波檢波視頻視頻檢波器檢波器X放大放大Y放大放大ux 電調(diào)諧電調(diào)諧濾波器濾波器鋸齒波鋸齒波發(fā)生器發(fā)生器X放大放大Y放大放大檢波檢波掃描信號掃描信號發(fā)生器發(fā)生器fxLOfLIF 濾波濾波uxA/D數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)緩緩存存數(shù)數(shù)

2、字字濾濾波波器器數(shù)數(shù)字字檢檢波波平平均均顯顯示示時時基基地地址址控控制制3dB帶寬帶寬(半功率帶寬半功率帶寬) ) 分辨率帶寬（分辨率帶寬（RBW）反映濾波器）反映濾波器區(qū)分兩個相同幅度、不同頻率的區(qū)分兩個相同幅度、不同頻率的信號的能力信號的能力實實際際濾濾波波器器理理想想濾濾波波器器3dB點點3dB帶帶寬寬A20fA20f10.707f0f2f1RBWRBWRBWdBff1f23dB60dB0204060B3dBB40dBB60dB3dBf0dBf反映區(qū)分兩個不等幅信號反映區(qū)分兩個不等幅信號的能力，也稱帶寬選擇性的能力，也稱帶寬選擇性波形因子定義：波形因子定義： dBdBBBSF3603/6

3、0/ 也可用也可用40dB帶寬與帶寬與3dB帶寬之帶寬之比表示。波形因子較小的濾波比表示。波形因子較小的濾波器的特性曲線更接近于矩形，器的特性曲線更接近于矩形，故波形因子也稱矩形系數(shù)故波形因子也稱矩形系數(shù) 等絕對帶寬或等信息量帶寬：線性頻率刻度下對稱等絕對帶寬或等信息量帶寬：線性頻率刻度下對稱0dB對數(shù)頻率對數(shù)頻率-10dB-20dB-30dB-40dB-50dB0.2f00.5f0f02f05f0倍頻程倍頻程選擇性選擇性1倍頻程倍頻程 1倍頻程倍頻程恒百分比帶寬恒百分比帶寬: :絕對帶寬絕對帶寬B與與中心頻率中心頻率f0的比值（即相對帶的比值（即相對帶寬）是常數(shù)。寬）是常數(shù)。對數(shù)刻度下頻率對

4、數(shù)刻度下頻率特性對稱。常用特性對稱。常用“倍頻程選擇倍頻程選擇性性”表示遠離中心頻率一倍頻表示遠離中心頻率一倍頻率處（率處（f0和和2f0）的濾波器衰減）的濾波器衰減量。量。fifxfxfL= fI+fxfxfIfi視頻視頻濾波濾波X放大放大Y放大放大fx檢波檢波掃描信號掃描信號發(fā)生器發(fā)生器LOfLIF濾波濾波中頻信號處理中頻信號處理輸入輸入電路電路AffIfXfLfimagf = fI輸輸 入入 濾濾 波波鏡鏡 像像 頻頻 率率頻頻 率率 變變 換換| fL fX | = fIffI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

5、= fL- fXfI = fimag- fL鏡頻范圍遠在輸入頻率范圍之上，兩者不會交疊；中頻頻率鏡頻范圍遠在輸入頻率范圍之上，兩者不會交疊；中頻頻率越高，鏡頻距本振越遠，可避免因交疊而帶來的濾波器實現(xiàn)越高，鏡頻距本振越遠，可避免因交疊而帶來的濾波器實現(xiàn)問題。用固定調(diào)諧的低通濾波器濾去鏡頻。問題。用固定調(diào)諧的低通濾波器濾去鏡頻。高中頻很難實現(xiàn)窄帶帶通濾波和性能良好的檢波，需要進行高中頻很難實現(xiàn)窄帶帶通濾波和性能良好的檢波，需要進行多級變頻（混頻）處理。第一混頻實現(xiàn)高中頻頻率變換，再多級變頻（混頻）處理。第一混頻實現(xiàn)高中頻頻率變換，再由第二、三級甚至第四級混頻將固定的中頻逐漸降低。每級由第二、三級

6、甚至第四級混頻將固定的中頻逐漸降低。每級混頻之后有相應(yīng)的帶通濾波器抑制高次諧波交調(diào)分量。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。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固定中固定中頻？頻？VBWRBWVBWRBW：STST與與VBWVBW成線性反比。成線性反比。)( 2VBWRBWRBWSpanKST 頻率指標頻率指標幅度指標幅度指標 CHzBRBWNSpanASpanffrefx%1% 實際混頻器會產(chǎn)生本振

7、和射頻信號。當本振頻率與中頻的中心頻率相同或非常接近時，這個對應(yīng)于零頻（直流）輸入的本振信號將通過中頻濾波器，即本振饋通。RF輸輸入入LOfLADCDDCFFT處處理理顯顯示示LPF中中頻頻預預處處理理模模擬擬濾濾波波取取樣樣電電路路ADCsfFFT數(shù)數(shù)字字信信號號處處理理器器數(shù)數(shù)字字濾濾波波數(shù)數(shù)字字正正弦弦波波fLfHf（ a）0fLfH-fLff（ b）（ c ）00)()()()()()(11qXWpXqXqXWpXpXmkNmmmkNmm 基基2的的N點點FFT計算步驟計算步驟將輸入數(shù)據(jù)做位倒序?qū)⑤斎霐?shù)據(jù)做位倒序進行蝶形運算進行蝶形運算計算計算xn的頻譜：的頻譜： 由頻譜求平方得功率譜

8、由頻譜求平方得功率譜 10)(NnnkNWnxkX除了完成幅度譜、功率譜等一般的測量功能外，頻譜儀還能除了完成幅度譜、功率譜等一般的測量功能外，頻譜儀還能夠用于對如相位噪聲、鄰道功率、非線性失真、調(diào)制度等頻夠用于對如相位噪聲、鄰道功率、非線性失真、調(diào)制度等頻域參數(shù)進行測量。域參數(shù)進行測量。AAPNACfTfoff1Hzf本本 振振 信信 號號 2222sin fffV tTnTnTnTTtxn 2cossin21 TtfV(f)1/T1/2/ 時域中的重復脈沖時域中的重復脈沖 頻域中的脈沖串頻譜頻域中的脈沖串頻譜ninninininoutVkVkVkVkkV 332210其中其中k0：系統(tǒng)輸出

9、直流分量；：系統(tǒng)輸出直流分量；k1：電路增益；：電路增益；k2及以及以上的其余系數(shù)：電路的非線性特性。如果電路是完上的其余系數(shù)：電路的非線性特性。如果電路是完全線性的，則除全線性的，則除k1之外的所有系數(shù)均應(yīng)為之外的所有系數(shù)均應(yīng)為0。 由于對漸變形式的非線性，由于對漸變形式的非線性，kn的大小隨的大小隨n增大而增大而迅速變小，只有二次、三次效應(yīng)起決定作用。故可迅速變小，只有二次、三次效應(yīng)起決定作用。故可忽略上式中忽略上式中k3以后的各項，因而得到簡化失真模型：以后的各項，因而得到簡化失真模型： 332210inininoutVkVkVkkV tAktAktAkAkAkkttAktAktAkkV

10、out 3cos412cos21cos4321 3cos41cos432cos121cos3322331220332210 dBdBAAAAA3log203A20log , 2log202log2032 ttcttcttcttcttcttctctctctctctccVout12121211211021921821726152413221102cos2cos 2cos 2coscoscos 3cos3cos2cos2coscoscos %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。%1001222 MmmMmmuuD

11、 按照近似式測量失真度，所得的是諧波電壓總按照近似式測量失真度，所得的是諧波電壓總有效值與被測信號總有效值之比。近似的條件：當有效值與被測信號總有效值之比。近似的條件：當失真度小于失真度小于9時，可用近似失真度測量值時，可用近似失真度測量值D代替定代替定義值義值D0，否則需對，否則需對D值進行換算或修正。換算公式為：值進行換算或修正。換算公式為： 201DDD 輸輸入入衰衰減減基基波波抑抑制制網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò)有有效效值值電電壓壓表表12S單單音音輸輸入入白白噪噪聲聲發(fā)發(fā)生生器器帶帶阻阻濾濾波波器器被被測測電電路路選選頻頻電電壓壓表表f0f0UoutUNf0%100 UUDout其中，其中，Uout為

12、選頻電壓表在頻率為選頻電壓表在頻率f0處的讀數(shù)，處的讀數(shù)，U為同為同一帶寬下其他頻率處的電壓表讀數(shù)。一帶寬下其他頻率處的電壓表讀數(shù)。 顯顯示示調(diào)調(diào)諧諧陷陷波波濾濾波波器器 MmNmMmNmuuuuND122222%100 , %10000 UUmUUm下下下下上上上上 120PPmm m的值越小，用功率計法測調(diào)幅度的測量誤差的值越小，用功率計法測調(diào)幅度的測量誤差將越大；當將越大；當m30%時，測量精度可優(yōu)于時，測量精度可優(yōu)于1%。功。功率計法通常用于調(diào)幅度測量儀的定標和計算。率計法通常用于調(diào)幅度測量儀的定標和計算。 可見，只要用頻譜儀測出邊頻和載頻的幅度，即可見，只要用頻譜儀測出邊頻和載頻的幅度，即可求得調(diào)幅度。動態(tài)范圍大于可求得調(diào)幅度。動態(tài)范圍大于66dB的頻譜儀可以測的頻譜儀可以測出出0.1%的的m值。頻譜儀法特別適于小調(diào)幅度的測量，值。頻譜儀法特別適于小調(diào)幅度的測量，并能同時測出非線性失真。并能同時測出非線性失真。 也可以借助標記功能直接測量調(diào)幅度：利用雙標也可以借助標記功能直接測量調(diào)幅度：利用