第九章信号分析和频域测量

1、第九章信号分析和频域测量 nnjjenfeF )( deeFnfnjj)(21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检波检波视频视频检波器检波器X放大放大Y放大放大ux 电调谐电调谐滤波器滤波器锯齿波锯齿波发生器发生器X放大放大Y放大放大检波检波扫描信号扫描信号发生器发生器fxLOfLIF 滤波滤波uxA/D数数据据缓缓存存数数

2、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3dB带宽带宽(半功率带宽半功率带宽) ) 分辨率带宽（分辨率带宽（RBW）反映滤波器）反映滤波器区分两个相同幅度、不同频率的区分两个相同幅度、不同频率的信号的能力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A20fA20f10.707f0f2f1RBWRBWRBWdBff1f23dB60dB0204060B3dBB40dBB60dB3dBf0dBf反映区分两个不等幅信号反映区分两个不等幅信号的能力，也称带宽选择性的能力，也称带宽选择性波形因子定义：波形因子定义： dBdBBBSF3603/6

3、0/ 也可用也可用40dB带宽与带宽与3dB带宽之带宽之比表示。波形因子较小的滤波比表示。波形因子较小的滤波器的特性曲线更接近于矩形，器的特性曲线更接近于矩形，故波形因子也称矩形系数故波形因子也称矩形系数 等绝对带宽或等信息量带宽：线性频率刻度下对称等绝对带宽或等信息量带宽：线性频率刻度下对称0dB对数频率对数频率-10dB-20dB-30dB-40dB-50dB0.2f00.5f0f02f05f0倍频程倍频程选择性选择性1倍频程倍频程 1倍频程倍频程恒百分比带宽恒百分比带宽: :绝对带宽绝对带宽B与与中心频率中心频率f0的比值（即相对带的比值（即相对带宽）是常数。宽）是常数。对数刻度下频率对

4、数刻度下频率特性对称。常用特性对称。常用“倍频程选择倍频程选择性性”表示远离中心频率一倍频表示远离中心频率一倍频率处（率处（f0和和2f0）的滤波器衰减）的滤波器衰减量。量。fifxfxfL= fI+fxfxfIfi视频视频滤波滤波X放大放大Y放大放大fx检波检波扫描信号扫描信号发生器发生器LOfLIF滤波滤波中频信号处理中频信号处理输入输入电路电路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 | = fIffI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

5、= fL- fXfI = fimag- fL镜频范围远在输入频率范围之上，两者不会交叠；中频频率镜频范围远在输入频率范围之上，两者不会交叠；中频频率越高，镜频距本振越远，可避免因交叠而带来的滤波器实现越高，镜频距本振越远，可避免因交叠而带来的滤波器实现问题。用固定调谐的低通滤波器滤去镜频。问题。用固定调谐的低通滤波器滤去镜频。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。第一混频实现高中频频率变换，再多级变频（混频）处理。第一混频实现高中频频率变换，再由第二、三级甚至第四级混频将固定的中频逐渐降低。每级由第二、三级

6、甚至第四级混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。混频之后有相应的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固定中固定中频？频？VBWRBWVBWRBW：STST与与VBWVBW成线性反比。成线性反比。)( 2VBWRBWRBWSpanKST 频率指标频率指标幅度指标幅度指标 CHzBRBWNSpanASpanffrefx%1% 实际混频器会产生本振

7、和射频信号。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）输入的本振信号将通过中频滤波器，即本振馈通。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fLfHf（ a）0fLfH-fLff（ b）（ c ）00)()()()()()(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的频谱：的频谱： 由频谱求平方得功率谱

8、由频谱求平方得功率谱 10)(NnnkNWnxkX除了完成幅度谱、功率谱等一般的测量功能外，频谱仪还能除了完成幅度谱、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、非线性失真、调制度等频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。域参数进行测量。AAPNACfTfoff1Hzf本本 振振 信信 号号 2222sin fffV tTnTnTnTTtxn 2cossin21 TtfV(f)1/T1/2/ 时域中的重复脉冲时域中的重复脉冲 频域中的脉冲串频谱频域中的脉冲串频谱ninninininoutVkVkVkVkkV 332210其中其中k0：系统输出

9、直流分量；：系统输出直流分量；k1：电路增益；：电路增益；k2及以及以上的其余系数：电路的非线性特性。如果电路是完上的其余系数：电路的非线性特性。如果电路是完全线性的，则除全线性的，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增大而增大而迅速变小，只有二次、三次效应起决定作用。故可迅速变小，只有二次、三次效应起决定作用。故可忽略上式中忽略上式中k3以后的各项，因而得到简化失真模型：以后的各项，因而得到简化失真模型： 332210inininoutVkVkVkkV tAktAktAkAkAkkttAktAktAkkV

10、out 3cos412cos21cos4321 3cos41cos432cos121cos3322331220332210 dBdBAAAAA3log203A20log , 2log202log2032 ttcttcttcttcttcttctctctctctctccVout12121211211021921821726152413221102cos2cos 2cos 2coscoscos 3cos3cos2cos2coscoscos %1001220 uuDMmm其中其中u1、u2、um分别表示基频及其各次谐波分别表示基频及其各次谐波的均方根值。的均方根值。%1001222 MmmMmmuuD

11、 按照近似式测量失真度，所得的是谐波电压总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总有效值之比。近似的条件：当有效值与被测信号总有效值之比。近似的条件：当失真度小于失真度小于9时，可用近似失真度测量值时，可用近似失真度测量值D代替定代替定义值义值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 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%100 UUDout其中，其中，Uout为

12、选频电压表在频率为选频电压表在频率f0处的读数，处的读数，U为同为同一带宽下其他频率处的电压表读数。一带宽下其他频率处的电压表读数。 显显示示调调谐谐陷陷波波滤滤波波器器 MmNmMmNmuuuuND122222%100 , %10000 UUmUUm下下下下上上上上 120PPmm m的值越小，用功率计法测调幅度的测量误差的值越小，用功率计法测调幅度的测量误差将越大；当将越大；当m30%时，测量精度可优于时，测量精度可优于1%。功。功率计法通常用于调幅度测量仪的定标和计算。率计法通常用于调幅度测量仪的定标和计算。 可见，只要用频谱仪测出边频和载频的幅度，即可见，只要用频谱仪测出边频和载频的幅度，即可求得调幅度。动态范围大于可求得调幅度。动态范围大于66dB的频谱仪可以测的频谱仪可以测出出0.1%的的m值。频谱仪法特别适于小调幅度的测量，值。频谱仪法特别适于小调幅度的测量，并能同时测出非线性失真。并能同时测出非线性失真。 也可以借助标记功能直接测量调幅度：利用双标也可以借助标记功能直接测量调幅度：利用