电子测量技术 1

电子丈量技术西南交通大学电气工程学院孙永奎:yksun@6频域丈量技术6.1概述6.2频谱分析仪6.1概述频域和时域的关系频谱分析常用频域测试仪器6.1.1频域和时域的关系时域丈量频域丈量时间频率振幅频域与时域6.1.2频谱分析在频域中分析信号的频率分量的情况。经过对信号进展傅立叶变换，将信号表示成一个基波分量和许多谐波分量之和的方式，确定信号的频谱。频谱密度由无穷个冲激函数组成离散性：频谱是离散的，由无穷多个冲激函数组成；谐波性：谱线只在基波频率的整数倍上出现，即谱线代表的是基涉及其高次谐波分量的幅度或相位信息；收敛性：各次谐波的幅度随着谐波次数的增大而逐渐减小。1.周期信号的频谱特性频谱密度函数F(jω)是ω的延续函数当f(t)为实函数时，有F(jω)=F*(-jω)当f(t)为虚函数时，有F(jω)=-F*(-jω)无论f(t)为实函数或虚函数，幅度谱|F(jω)|关于纵轴对称，相位谱ej(ω)关于原点对称2.非周期信号的频谱特性脉冲宽度是时域概念指在一个周期内脉冲波形的两个零点之间的时间间隔；频带宽度〔带宽〕是频域概念在周期信号频谱中，从零频率到需求思索的最高次谐波频率之间的频段即为该信号的有效占有带宽；实践运用中，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3.脉冲宽度和频带宽度信号f(t)的能量定义为4.信号的能量谱令能量密度谱，简称能量谱或能谱，表示单位频带内所含能量。任何带宽内的信号能量均与能量谱曲线下相应的面积成正比5.信号的功率谱信号f(t)的功率定义为令，那么有功率密度谱，简称功率谱，表示单位频带内单位频带内的功率6.信号的频谱分析技术频谱分析以付里叶分析为实际根底，可对不同频段的信号进展线性或非线性分析对信号本身的频率特性分析对线性系统非线性失真的丈量7.频谱分析仪的根本原理FFT分析〔实时分析〕法在特定时段中对时域数字信号进展FFT变换，得到频域信息并获取相对于频率的幅度、相位信息7.频谱分析仪的根本原理〔续〕离散时域信号的频谱特性时域周期非周期延续离散频域周期非周期延续离散付氏变换7.频谱分析仪的根本原理〔续〕非实时分析法扫频式分析差频式分析〔外差式分析〕6.1.3常用频域测试仪器1.频率特性测试仪(扫频仪)2.频谱分析仪3.网络分析仪6.2频谱分析仪频谱分析仪的种类外差式频谱分析仪频谱分析仪的主要性能目的频谱分析仪实例6.2.1频谱分析仪的种类按信号处置方式的不同模拟式频谱分析仪

数字式频谱分析仪模拟数字混合式频谱分析仪

模拟式频谱分析仪

以模拟滤波器为根底，用滤波器来实现信号中个频率成分的分别，分别出的频率分量经检波器检波成直流后，由显示器显示出来。并行滤波式频谱分析仪顺序滤波式频谱分析仪扫描式频谱分析仪外差式频谱分析仪〔1〕并行滤波式频谱分析仪〔2〕顺序滤波式频谱分析仪〔3〕扫描式频谱分析仪〔4〕外差式频谱分析仪数字式频谱分析仪数字滤波式频谱分析仪快速傅立叶变换〔FFT〕频谱分析仪以数字方式对信号进展频谱分析，精度高，动态范围宽，任务频率不高。〔1〕数字滤波式频谱分析仪〔2〕FFT频谱分析仪模拟数字混合式频谱分析仪

将外差技术和数字技术结合进展频谱分析，频率范围广，分辨力高。时间紧缩式频谱分析仪采用数字中频的外差式频谱分析仪6.2.2外差式频谱分析仪任务频率范围宽，灵敏度高任务原理

采用外差技术来提取信号的频率分量，使信号各频率分量依次进入中频放大器而被提取出来进展频谱分析。任务原理

提高性能的措施

多次变频以获得较高灵敏度和分辨力采用锁相频率合成技术提高本地振荡器的频率稳定度6.2.3频谱分析仪的主要性能目的频率分辨力

频率分辨力是反映频谱分析仪频率特性的主要性能目的。指频谱分析仪可以分辨的最小谱线间隔，表征频谱分析仪可以区分两个频率相邻信号的才干。频率分辨力是由频谱分析仪中窄带滤波器的带宽〔3dB带宽〕决议。其数值越小，频率分辨力越强。6.2.3频谱分析仪的主要性能目的频率分辨力

6.2.3频谱分析仪的主要性能目的频率分辨力

频率分辨力和本地振荡器的扫频速度有关。这是由与频谱分析仪的窄带滤波器的幅频特性曲线与扫频速度有关。当扫频速度为零时，窄带滤波器的幅频特性曲线的3dB带宽称为静态分辨力。当扫频速度不为零时，窄带滤波器的幅频特性曲线的3dB带宽称为动态分辨力。灵敏度与动态范围

灵敏度指在给定分辨带宽、显示方式和其他影响要素的条件下，频谱分析仪能丈量最小信号电平的才干。是反映频谱分析仪幅度特性的两个主要的性能目的。频谱分析仪的灵敏度主要取决于仪器内部的噪声电平。普通情况下，最小信号电平通常应高于噪声电平10dB。灵敏度与动态范围

动态范围指频谱分析仪可以同时丈量的最大信号电平与最小信号电平之差。是反映频谱分析仪幅度特性的两个主要的性能目的。最大信号电平由频谱分析仪的最正确输入电平决议；最小信号电平由频谱仪的灵敏度决议。灵敏度与动态范围

扫频宽度、分析时间与扫频速度

扫频宽度是指频谱分析仪在一次频谱分析过程中显示的频率范围，即与显示屏程度轴起止点相对应的频率之差。是反映频谱分析仪扫频特性的三个主要的性能目的。扫频宽度普通可以调理。调宽扫频宽度，便于察看信号频谱的全貌；调窄扫频宽度，便于分析信号频谱的细节。扫频宽度、分析时间与扫频速度

分析时间是指完成一次扫频过程所需求的时间，也即从频谱分析仪显示屏程度轴最左端到最右端扫频一次所需求的时间。是反映频谱分析仪扫频特性的三个主要的性能目的。分析时间主要受分辨带宽滤波器的限制。扫频宽度、分析时间与扫频速度

扫频速度是指扫频宽度与分析时间之比。是反映频谱分析仪扫频特性的三个主要的性能目的。扫频速度的大小对频谱分析仪的频率分辨力有较大影响，应合理选择。扫频速度静态分辨力6.2.4频谱分析仪实例性能目的与面板引见

MS2711B型频谱分析仪安立〔Anritsu〕公司①方式键〔MODE〕用于选择丈量方式〔频谱分析、功率监视、跟踪发生器、快速调谐跟踪发生器〕激活与频率有关的功能菜单〔设置中心频率、扫频宽度、起始频率和终止频率等②频率/扫频宽度键〔FREQ/SPAN〕激活与幅度有关的功能菜单〔设置参考电平、幅度范围等〕③幅度键〔AMPLITUDE〕激活与带宽和扫频有关的功能菜单〔设置频率分辨力等〕④带宽/扫频键〔BW/SWEEP〕频谱测试

第一步：翻开电源

第二步：接入被测信号〔-10dBm,900MHz〕第三步：设置中心频率〔FREQ/SPAN,900MHz〕第四步：设置扫频宽度〔FREQ/SPAN,20MHz〕频谱测试

第一步：翻开电源

第二步：接入被测信号〔-10dBm,900MHz〕第三步：设置中心频率〔FREQ/SPAN,900MHz〕第四步：设置扫频宽度〔FREQ/SPAN,20MHz〕第五步：设置幅度显示〔AMPLITUDE,参考电平-10dBm,10dB/格〕频谱测试

第一步：翻开电源

第二步：接入被测信号〔-10dBm,900MHz