时频测量原理简述

1、时频测量原理简述目录1调制域测量1什么是调制域测量2为什么要进展调制域测量2时频测量原理一如何实现调制域测量1瞬时频率测量原理2无间隔计数器的实现3提高测量速度与分辨力的方法4调制域分析的应用5开展动态正文内容1什么是调制域测量？电信号的完整关系：可采用三个量以与之间的关系来描述。这三个量就是时间、频率和幅度，其中: 幅度-时间关系：示波器；幅度-频率关系：频谱仪频率-时间关系：调制域分析仪如下图描述了同一信号在时域V-T、频域V-F、调制域F-T的特性。调制域分析仪：能够完成时间与频率关系测量的仪器。调制域即由频率轴F和时间轴T共同构成的平面域。调制域测量技术是对时域和频域测量技术的补充和完

2、善。时域与频域分析的局限性一个实际的信号可以从时域和频域进展描述和分析，时域分析可以了解信号波形幅值随时间的直观变 化；频域分析如此可以了解信号中所含频谱分量，但是，却不能把握各频谱分量在何时岀现。调制域概念在通信等领域中，各种复杂的调制信号越来越多地被人们使用，因而，常常需要了解信号频率随时间的变 化，以便对调制信号等进展有效分析一一即调制域分析。调制域即指由频率轴（F）和时间轴（T）共同构成的平面域。1调制域测量2为什么要进展调制域测量？在通信等领域中，各种复杂的调制信号越来越多地被人们使用，因而，常常需要了解信号频率随时间的变 化，以便对调制信号等进展有效分析一一即调制域分析。方便地表达

3、岀频域和时域中难以描述的信号参数和信号特性。为人们对复杂信号的测试和分析提供了方便直观的方法，解决了一些难以用传统方法或不可能用传统方法解决的难题。492 时频测量原理1瞬时频率测量原理瞬时频率的概念信号频率随时间的变化，可将频率量视为时间t的连续函数，用f（t）表示。f（t）也代表了时间t时的瞬时频率。平均频率实际上，由于测量上的困难，瞬时频率只是一种理论上的概念。因为所有测量都需要一定的采样时间闸 门时间，测量结果如此为该采样时间内的平均频率。用平均频率逼近瞬时频率在时间轴上以某个时刻to为起始点，连续地对被测信号进展采样，如此：各采样计数值 Mi与相应时间点ti相对应。如此可得到采样时间

4、内的平均频率值。当时间趋于无限小时即 可得到各时间点的瞬时频率值。如如下图所示，采样点 A作为时间起始点tO，如此：V 丿J f< £UU i<VV!'t « 1 V 1在采样点B得到事件周期值 M1和时间标记：ti=NTo+to仃0为时标）在采样点C得到事件周期值 M2和时间标记：12=NtTo+t i于是，B点的频率为："=M/（N 1T0）=（MM2）*F 0 同理，C点的频率为f 2= （MN2）*F 0如此连续不断地测量下去就得到了时频曲线。2无间隙计数器的实现无间隙计数器通用计数器的频率测量，其前后两次闸门之间必然存在一段间隙时间显

5、示、存储、下一次测量准备，使有用信息被丢失，导致时间轴上的不连续性。为此，就要使用无间隙计数器方案。实现原理TO和事件计数器。当一组计数器工作时,使用两组计数器交替工作，每一组都包括时间计数器对时标 另一组计数器进展数据的显示等工作。如此往复交替，完成时间轴上无间隙的测量。工作波形图LrLruLrurLrbLnnjwwi_rLrLnLn ll_ it ft1LTLnnn一锻，無viiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiirLTLTU 血I-诈畫一jinaiirLTuruM n .器笳一亡|皿仙|川|冊川|亠IImitui in计A原理框图3提高测量速度与分辨力的方法采用同步和内插

6、技术提高分辨力两组根本计数器均采用双计数器 （事件计数器和时间计数器）且闸门由输入信号同步，同时采用内插技术进 一步提高分辨力。最小采样时间两组计数器交替计数，即当一组计数器在采样计数时，另一组根本计数器正在进展内插、读数、清零等操作，因此最小采样时间满足下式：Tmin=T内插 +T 计数器稳定 +T 数据存储 +T 计数器清零该式中，后3项取决于器件速度一般选用高速器件，因此应设法减小内插时间以提高测量速度。内插时间在使用模拟内插法时，设开门和关门脉冲的最大宽度为Tm（两个零头时间），放大倍数为K如此内插时间为：KTm为减小内插时间，可提高时基频率如采用更高频率的晶振以减小Tm的值。但时基频

7、率的提高将给器件的选择和电路设计带来困难。减小内插时间还可减小内插系数K，但K值太小测时分辨力降低，为适应某些高测时分辨力要求，必须协调好采样速度和高测时分辨力的矛盾。一般时间间隔测量的局限性：为减小量化误差，需减小时标以增大计数值，但时标的减小受时基电路和计数器最高工作频率限制，而计 数器也有最大计数容量的限制最大计数值。内插法对已存在的量化误差，测量出量化单位以下的尾数（零头时间）。如如下图所示，瞬T终itIM I I I I I I I I I I I LLIt;打乂蒙WI*-""*! T 如此准确的 Tx 为：Tx=T0+T1-T2为实现T1-T2的测量，有模拟和数

8、字两种方法。1模拟内插法原理由于T1和T2均很小小于时标，采用普通的“时标计数法"难以实现需要非常小的时标。其实现 的根本思路是：对 T1和T2作时间扩展放大后测量。三次测量假如T1、T2均扩展k倍，采用同一个时标设为t o分别测量TO、kT1、kT2,设计数值分别为：NO、N1、N2,如此：TX=T0+T1-T2=(N0+(N1-N2)/k) t o意义：上式由于T0=N0t o不存在量化误差，总量化误差由(N1-N2)引起，降低了 k倍。相当于用t o/k时标的普通时间测量。2时间扩展电路时间扩展电路如如下图所示：整形，门控控制信号恒流源工作原理以恒流源对电容器c充电，设充电时间

9、为T1,而以(k-1)T1T1' =T1+(k-1)T 1= kT1，即得到可近似为kT1时间缓慢放电，当放电到原电平时，所经历的时间为:T1的k倍时间扩展。在kT1时间内对时标计数。462模拟内插法例如，扩展器控制的开门时间为T1的1000倍(k取999),即：T ' 1= T1 + 999T1 = 1000T1在T' 1时间内对时标T 0计数得N1，如此T1=N1t 0/1000类似地：T ' 2= T2+ 999T2 = 1000T2在T' 2时间内对时标t 0计数得N2,如此T2=N2t 0/1000于是：Tx=(N+(N1-N2)/1000)

10、t 0内插后测量分辨力提高了1000倍。校准技术内插扩展技术可大大提高测时分辨力，但测量前需进展校准。采用流水作业法提高测量速度流水作业法：即用几套一样的硬件顺序、连贯地工作，从而提高整体的采样速率。工作时序如如下图所示Lint 11 TLinealHHZLTLine 11图中，T为一套硬件的最小采样时间，当采用4套硬件时，整机工作速度将提高 4倍。但是，其速度的提高以硬件的复杂性和本钱的提高为代价。4调制域分析的应用典型应用调制参数的测试：频率调制是通信系统所用的很多调制电路的根底。通过调制域分析，可立即显示调制波形，提供载波频率、峰-峰值频偏、调制率等关键参数。如如下图5开展动态随着通信技术的不断开展，调制域分析技术和仪器产品在高新技术领域得到广泛应用并发挥重要作用