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簡談?lì)l譜分析儀

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  • 發(fā)布時(shí)間:2015/9/25 16:26:49
  • 作者:ljl_yinhe

信號的描述

  通常對一個(gè)信號特征的描述,可以在時(shí)域,頻域和調(diào)制域三個(gè)域內(nèi)進(jìn)行。信號的時(shí)間和幅度構(gòu)成時(shí)域,頻率和幅度構(gòu)成頻域,時(shí)間和頻率構(gòu)成調(diào)制域。

時(shí)域、頻域、調(diào)制域

  圖1 時(shí)域、頻域、調(diào)制域

信號的觀測

  在時(shí)域中對信號進(jìn)行觀測,使用的儀器是示波器,它可以獲得信號的時(shí)域波形,并且能夠很直觀地在屏幕上展示出信號在時(shí)間軸上的各種時(shí)域特性;在頻域測試中采用的儀器則是頻譜分析儀,它的基本功能是測量信號的幅度和頻率響應(yīng)。有些測量場合需要獲得信號的頻率、幅度、相位以及網(wǎng)絡(luò)等信息,這時(shí)就是在調(diào)制域內(nèi)進(jìn)行的測量,通常用到的測量儀器是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。

信號的頻譜分析

  對于一個(gè)電信號的研究,我們可以分析它隨時(shí)間變化的特性,也可以由它所包含的頻率分量(即頻譜分布)來描述,對信號進(jìn)行頻譜分析,可以得到信號的頻率結(jié)構(gòu),了解信號的頻率成分或系統(tǒng)的特征。頻譜分析是揭示信號特征的重要方法,也是處理信號的重要手段。

信號的頻譜分析

  圖2信號的頻譜分析

頻譜分析儀的歷程

  頻譜分析儀作為信號頻域測量的主要工具,它能自動(dòng)分析電信號并在整個(gè)頻譜上顯示出全部頻率分量情況,以及各頻率成分之間的相對強(qiáng)弱關(guān)系(各頻率成分的幅值),其發(fā)展也經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的模擬式到現(xiàn)代的數(shù)字式。

01傳統(tǒng)頻譜分析儀

  早期的頻譜分析儀,是基于模擬信號處理的,前端電路是一系列帶寬相同,但中心頻率以帶寬為步進(jìn)等差遞增的帶通濾波器,被測信號通過帶通濾波器濾波后,再分別通過各頻率檢波器檢波,得出各頻率成分的大小,最后再通過顯示屏顯示出來。

傳統(tǒng)頻譜分析儀原理示意圖

  圖3傳統(tǒng)頻譜分析儀原理示意圖

  將采用這種方式實(shí)現(xiàn)的頻譜分析儀稱為帶通濾波器頻譜分析儀,其最大優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)能強(qiáng),能迅速跟蹤信號頻譜隨時(shí)間的變化,但其最大的缺點(diǎn)是:1、頻率分辨率低;2、需要大量的濾波器;3、儀器穩(wěn)定性不高。為了保證分析儀的頻率分辨率,需要使用通頻帶很窄的濾波器,所需窄帶濾波器的數(shù)量隨著測量頻率范圍增大及頻率分辨率的提高而增加,并且由于模擬濾波器中心頻率會隨時(shí)間、環(huán)境溫度“漂移”,因此制造高穩(wěn)定度、高精度的的這種頻譜分析儀比較困難。

02現(xiàn)代頻譜分析儀

  隨著數(shù)字電路的發(fā)展,數(shù)字信號處理技術(shù)的成熟,利用微處理器對信號進(jìn)行處理已成為通用的方法。

  現(xiàn)代頻譜分析儀通常的架構(gòu)是采用FPGA+DSP的方式,首先由PFGA控制模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(ADC)進(jìn)行高速采樣,將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,然后通過DSP對數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換成頻域信號獲得頻譜信息。這種頻譜分析儀為獲得真實(shí)的信息并且不失真,對被測信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí) ADC的采樣頻率最少等于輸入信號最高頻率的兩倍。


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